2021年7月ゲストオピニオン：OT経営幹部はクラウドを採用すべきか？モダンネットワークの戦略的決断

2021年7月28日

コンピュート機能がどこで行われるかのシフトは、過去数十年で中央集権（メインフレームとシンクリアントを覚えているか？）から分散へと変化してきた。最近ではエッジコンピューティングの台頭が語られる。しかしこれは最終形態ではなく、システム・オブ・システムズアーキテクチャの継続的進化におけるまた一つのマイルストーンだ。この記事では、時間をかけてクラウドへ回帰するシフトを主張する。

インダストリー4.0が始まったとき、主要概念は「ソフトウェア定義のすべて」だった。第4次産業革命は、物理とデジタルの世界を橋渡しすることで、第3次革命よりさらなる自動化をもたらすと期待された。これを達成するには、市場ニーズの変化や環境からのフィードバックに適応できる、固定的な産業制御からの脱却が必要だった。つまり、ソフトウェア定義システムへのシフトだ。物理入力とIOを持つPLCとして想像されていたものが、今や大規模プラットフォーム上のコンテナワークロードになる。より高いレベルでは、これは物理、デジタル、人間の相互作用の本質を変える。専用コントローラーで構成され更新・変更されないマシンが、マシンを駆動しつつ周囲を理解・適応できるソフトウェア定義産業用PCによって駆動されるようになる。

クラウドプロバイダーでは現在、素晴らしいイノベーションが進行中だ。今は「クラウド戦争」と言えるかもしれない。北米とヨーロッパに焦点を当てると（中国のAlibaba、Baidu、Tencentエコシステムは除外）、3大クラウドプロバイダーがますます革新的で完全な製品を推し進めている。また、単一クラウドプロバイダーへのロックインを懸念するエンドカスタマーの声も認識している。例として、2019年発表のGoogle Anthosソフトウェアプラットフォームは、オンプレミスとパブリッククラウド環境の両方でKubernetesワークロードを管理する単一で一貫した方法を提供する。

OT経営幹部にとって、この種の機能への接続性は、データレイク、ストリーミング分析、データストレージ、IoTセキュリティ管理、監視など様々なサービスへのアクセスを通じたシステム効率化という魅力的な展望を提供する。顧客からは、オンプレミスで同様の機能を実装するコストが2〜3倍高いと聞いている。このコストギャップは今後も拡大すると考えられる。

ほぼすべての産業のIT組織がクラウドサービス活用へ移行済み、または移行中だ。しかしOTオペレーターはクラウドベース手法の採用に消極的だった。クラウド移行はプロビジョニング、インストール、アップデート、パッチなどのメンテナンス作業からOTオペレーターを解放するが、依然として制御を維持し、サイバーセキュリティ脆弱性の脅威を制限したいと考える。その一部は、IT組織の影響から距離を置き、テクノロジーインフラの調達支援と管理において独立性を保つというOTリーダーに根付いた文化と衝突するためだ。

一部のオペレーターは、コスト圧力の増大に直面し、クラウド移行が運用をシンプルにし、スケールアップ/ダウンの柔軟性をもたらすことに気づいている。製造業では、数十年にわたるWindows®テクノロジーを基盤としたビジネスとサプライヤーの馴染みに基づく、Microsoftとその顧客ベースからの公開事例が増えている。これは当初、予知保全と品質改善ユースケースに焦点を当てていた。

1. 食品業界では、包装パイオニアのTetra Pakが、クラウド接続マシンで装置メンテナンス時期を正確に予測する新しいデジタルツールを採用。包装ラインをMicrosoft Azure Cloudに接続し、運用データを収集してメンテナンス時期を予測。
   
   
2. 製造業では、有能でコスト効率の良い人工知能（AI）の到来により、大量生産環境での品質維持に新たなアプローチが可能に。オペレーターはカメラフィードをリアルタイム分析し、不良品を物理的または仮想的に特定・タグ付け。ラインから出るすべての部品を検査することが可能に──人間オペレーターでは経済的でも実用的でもなかった。このソリューションは、複雑な自動車部品、価格感度が高く大量生産され、頻繁に安全クリティカルな製品に特に価値がある。

クラウドオペレーターは懸念に対処する様々なIoT戦略を提示してきたが、OTオペレーターは依然として、要件を満たすために必要なものと利用可能なアーキテクチャの間に溝を見ている。幸い、新しいアーキテクチャならオペレーターは「ケーキを食べて持つ」ことができる。適切なシステムアーキテクチャの選択により、現在の運用に影響を与えず、かつデータベース最適化のすべてのメリットを享受できる。

1. ソフトウェアとハードウェアを分離することで、メンテナンスとアップグレードコストが大幅に削減
2. システムがより柔軟になり、大幅に低いコスト、リスク、時間で要件変更に対応可能
3. システムがオブザーバブルになり、データ収集、ユニークなインサイト提供、クローズドループ最適化が可能

課題は、これらの能力を提供しつつ、OTネットワークの極めて本質的な属性──システム稼働率、決定論的リアルタイム機能、サイバー攻撃への免疫──を維持することだ。

この種のシステムに必要なアーキテクチャは、「ミッションクリティカルエッジ」と呼ばれる。ITインフラのスケーリングメリットと、組み込みプラットフォームの信頼性・決定論的リアルタイム動作を安全に融合する。属性には以下が含まれる：

1. エアギャッピング：システムアーキテクトは、特定の仮想マシンにCPU、メモリ、IOリソースを正確に定義・専有させる。これらのVMは北向き・南向き接続を含め互いに分離される必要がある。これによりOTとクラウドアプリケーションが同一システム上に共存可能。
2. OT管理性：システムは設定とセットアップの管理・制御において柔軟であるべきだ。システムはローカルで管理されるべきだが、特定ワークロードはクラウドで更新・管理されるべきだ。
3. パフォーマンス：PLC、PAC、ECUなどのワークロードにリアルタイムパフォーマンスを保証しなければならない。つまり、ショップフロアでクラウドワークロードをホストするシステムが、物理PLCのバックアップとなる専用パーティションを持つことも可能。
4. 高可用性：単一システム内、セル内の2システム間、生産ライン全体など、様々なレベルで高可用性を実装。
5. オーケストレーションフレームワーク統合：エッジシステムはローカルまたはクラウドベースの管理フレームワークと連携する必要がある。例：工場全体のシステムがワークロードの一部を割り当て、Kubernetesクラスタを形成。

結論として、ミッションクリティカルエッジアーキテクチャにより、OTオペレーターは現在の運用に影響を与えることなく、工場フロアでクラウド接続サービスとワークロードを展開できる。これは、エッジシステムがリアルタイム、AI/ML、セキュリティなど複数のエアギャップワークロードを実行できるようにすることで達成される。さらに、エアギャップワークロードを組み合わせてKubernetesオーケストレートされたコンテナワークロードを実行することも可能だ。

Pavan Singh、VP Product Management、Lynx Software Technologies