2016年のホリデーシーズンには、消費者向けの広告や製品発表が相次いだため、この発表を見逃した方もいるかもしれませんが、Amazonはハードウェアの採用を発表し、大きな話題を呼びました。AWSのコンテナおよびHPC部門のゼネラルマネージャーであるDeepak Singh氏は、次のように述べています。「規模が一定の水準に達すると、専用のハードウェアとインフラストラクチャを使用することには大きな合理性があります。特別なインフラストラクチャを必要とする方にとって、FPGAは明確な選択肢の1つだと考えています。」
Singh氏は、このような「特殊なインフラストラクチャ」が特に有用な「ユースケース」として、セキュリティや機械学習などを挙げるとともに、現在最も広く利用されている専用ハードウェアの用途であるグラフィックスアクセラレーションにも言及しています。
FPGAsや専用ハードウェア（「purpose-built」や「custom-built」と呼ばれることもあります）の利用は、データセンターにおいても目新しいものではありません。特定の機能をハードウェアに組み込む利点は、広く認識されています。ネットワークスイッチは、本質的には特定用途向けに設計されたハードウェアです。特定の処理を高速かつ大規模に実行します。FPGAsも、データセンターでは珍しくありません。多くのセキュリティデバイス、特にDDoS対策専用のデバイスでは、受信するDDoS攻撃の検知と遮断に必要なインバウンドトラフィックの検査を、必要な規模で極めて高速に実行できるよう特別に構成されたFPGAsを採用しています。
SSLとTLSに必要な複雑な暗号処理に対応するために設計されたチップやボードを提供する市場が形成されています。SSLとTLSは、WebアプリやAPIの保護、リモートアクセスの実現、クラウドとの接続の保護に使用されます。脅威が進化し、それに対応してセキュリティソリューションも変化する中、機密性の高い消費者データや企業データを保護しながら、競争力の維持に必要な速度とスケールを確保するうえで、ハードウェアによるこうした特定用途向けの暗号処理が極めて重要になっています。
従来のハードウェアおよびFPGAの利用と、パブリッククラウドでの利用に共通するのは、スケール、すなわち処理能力です。しかし、ハードウェアの利用には、パフォーマンスとコストの面でも好ましい効果があり、パブリッククラウドプロバイダーにとって魅力的な選択肢となっています。FPGA（特にユーザーが再構成できるもの）とハードウェアの利用には、実際に3つの異なる（ただし相互に関連する）メリットがあります。これらはパブリッククラウドに適した選択肢であるだけでなく、プライベートクラウド（または従来型データセンター）の取り組みにおいても、同様の利用を検討する理由となります。
1. 速度。 ハードウェアがより少ないリソースで機能を高速に実行できることは、疑いようがありません。ハードワイヤード機能は、同じ機能をソフトウェアで再現するためのコードを読み込んで実行する際に生じる内部遅延なしで実行できます。専用ハードウェアなら、暗号化と復号に必要な極めて複雑な数学的処理も、Jimmy John’sの配達員より速く実行できます。冗談ではありません。
企業やプライベートクラウドにとって、これは顧客向けアプリの高速化を意味します。その結果、全体的なエンゲージメント率（さらにはコンバージョン率）の向上につながり、顧客満足度と社内の生産性が高まります。速度は、運用リスクを構成する3つの主要な要素の1つであるパフォーマンスへの対処に役立ちます。
2. スケール。 Singh氏が指摘するように、スケールはFPGAや専用ハードウェアの研究と導入を促す主な要因の1つです。スケールは、部分的には速度によって実現されます。サーバーを、座席数（収容人数）が限られたテーブルに例えてみましょう。席に着いて食事を終えるまでの時間が短いほど、より多くの人に食事を提供できます。接続容量（単一のリソースで対応できるユーザー数を決定するもの）とトランザクションの実行速度にも、同じ関係があります。スケールの向上に役立つのが、業界で「オフロード」と呼ばれる手法です。オフロードとは、処理負荷を汎用CPUから専用ハードウェアへ移すことを端的に表す言葉です。これにより、汎用コンピューティングリソースをほかの機能の処理に使用できるため、全体的な速度が向上し、ひいては容量も増加します。
企業やプライベートクラウドにとって、これはより少ないリソースでより多くを実現することを意味します。これにより、事業の成長に伴うITの拡張による混乱を抑え、その成長を支えるために必要なネットワークの複雑さを軽減できます。スケールは、運用リスクを構成する3つの主要要素の1つである可用性に関するリスクの回避に役立ちます。
3. コスト。 速度とスケールを向上させることで、トランザクション当たりのコスト（ひいてはユーザー当たりのコスト）を削減できます。コスト削減により投資回収が早まりますが、さらに重要なのは、顧客当たりのコストが下がる（逆に、ユーザー当たりの収益が向上する）ことです。サービスプロバイダーは、これがARPU（ユーザー当たり年間収益）などの主要業績評価指標に影響することを認識しています。収益を上げるために取引量（スケール）にも依存するクラウドプロバイダーにとって、ARPUの向上は事業の重要な要素です。
企業やプライベートクラウドにとって、これは顧客向けデジタル販売の利益率向上につながります。また、社内アプリの生産性向上と比較した場合、費用対効果の分析でも高い評価が得られます。
言うまでもなく、FPGAやセキュリティニーズに対応する専用ソリューションを採用することで、アプリの安全性も高まります。これは、運用リスクの3つ目の要素であるセキュリティへの対応にもなります。ハードウェアの利点は、速度（実際にアプリを高速化できる場合もあります）やスケールを犠牲にすることなく、セキュリティを強化できる点です。独自のプライベートクラウドインフラストラクチャを構築する際は、より堅牢な環境を実現する手段として、専用ハードウェアやFPGA対応プラットフォームをご検討ください。
著者について
Lori MacVittieは、F5のOffice of the CTOに所属するDistinguished Engineer兼Chief Evangelistであり、アプリケーションデリバリ、自動化戦略、インフラストラクチャに関する深い専門知識を有しています。AIエージェントのガードレール策定、脆弱なマルチクラウドアーキテクチャの分析、スケーラブルなシステムの限界の検証など、複雑な事柄を明快にすることで知られています。アプリケーション開発、ITアーキテクチャ、ネットワークおよびシステム運用の分野で、30年以上にわたる業界経験を有しています。F5入社前は、受賞歴のあるテクノロジー編集者として活躍していました。 MacVittieはコンピューターサイエンスの修士号を取得しており、セキュリティ、クラウド、エンタープライズアーキテクチャにわたる分野で多数の著作を発表しています。また、テーブルトークゲームとビデオゲームをこよなく愛し、チーズについては遠慮なく強いこだわりを語ります。
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