サーバー機器の種類：概要

サーバーは、中小企業のウェブサイトから大規模なクラウド・コンピューティング・プラットフォームまで、あらゆるものに電力を供給し、現代のITインフラのバックボーンを形成しています。サーバー」という言葉は、データセンターのラックに置かれた1つの物理的な箱を思い浮かべることが多いですが、実際には、さまざまな性能、スペース、エネルギー要件を満たすように設計された多種多様なハードウェアを包括しています。以下では、完全なサーバー・システムと主要なサポート・コンポーネントの両方を含む、最も一般的なタイプのサーバー機器について説明します。

1.物理サーバーのフォームファクター

ラックサーバー

説明 標準化された19インチラック（一般的には23インチラック）にスライドできるように設計されたラック型サーバーは、高密度環境向けに最適化されています。各サーバーの高さは通常1U～4U（「U」は1.75インチに相当）。

主な特徴

• スペース効率：複数のラックユニットを垂直に積み重ねることができるため、床面積が限られたデータセンターに最適です。
• 保守性：前面からアクセス可能なドライブ、電源、拡張スロットは、メンテナンスとホットスワップを簡素化します。
• 拡張性：需要の増加に合わせてラックサーバーを追加するのは簡単です。

使用例： 企業データセンター、クラウドホスティング施設、仮想化クラスタ。

ブレードサーバー

説明 ブレード・サーバーは、共有シャーシにスライドして組み込む超薄型のモジュール式ユニットです。シャーシは電源、冷却、ネットワーキング、管理を提供するため、各ブレードはこれらのコンポーネントの多くを省略し、密度を高めることができます。

主な特徴

• 高密度：数十台のブレードが1つのシャーシを共有し、わずか数台のラックユニットを占有できます。
• 集中管理：多くの場合、電源、冷却、ネットワークスイッチの統合管理モジュールが付属している。
• ケーブル配線の削減：シャーシ内の共有インフラにより、外部ケーブルを最小限に抑えます。

使用例： ハイパフォーマンス・コンピューティング（HPC）クラスタ、大規模仮想化ファーム、通信バックエンドなど、大規模な計算密度を必要とする環境。

タワーサーバー

説明 従来のデスクトップPCタワーに似たこのスタンドアロン・サーバーは、ラック・スペースを確保できないオフィスや支店向けに設計されています。

主な特徴

• 拡張性：一般的に、同価格帯のラックサーバーと比較して、より多くの内蔵ドライブベイとPCIe拡張スロットを備えています。
• インフラの必要性を低減：特別なラックや冷却装置を必要とせず、標準的なオフィスの机上で運用可能。
• 騒音とサイズ：ラック式やブレード式に比べ、大型で騒音が大きくなる傾向があり、騒音に敏感な環境には適さない。

使用例1台または2台のサーバーで十分な中小企業、リモートオフィス、またはホームラボ。

マイクロサーバー

説明処理能力よりも低消費電力を優先した超小型サーバー。小型のデスクトップPCや、さらに小型の「ピザボックス」フォームファクタに似ていることもある。

主な特徴

• エネルギー効率：低ワットCPUと最小限のコンポーネントで消費電力を削減。
• 限られた拡張性：通常、ドライブベイは1～2基のみで、PCIeスロットは最小限。
• 密度：1ラックに数十台のマイクロサーバーを搭載できるモデルもある。

ユースケース軽量ウェブサービス、エッジコンピューティング、コンテンツデリバリーネットワーク（CDN）、またはスケールアウトマイクロサービスアーキテクチャ。

2.コア内部コンポーネント

全体的なフォームファクターだけでなく、特定の内部ハードウェア要素が、サーバーの性能、信頼性、さまざまなタスクへの適合性を定義します。これらのコンポーネントが、サーバーの分類や用途を決定することが多い。

プロセッサー（CPU）

種類だ：

• マルチコアXeon/EPYC：Intel XeonとAMD EPYCは、サーバーグレード・プロセッサーの2大ラインナップで、ソケットあたり数十コア、64+ PCIeレーン、大容量オンチップ・キャッシュを提供します。
• ARMベースCPU：ハイパースケール環境で台頭してきたARMチップは、スケールアウトタスクに高いエネルギー効率を提供する。

考慮すべき特徴：

• コア数とクロック速度：シングルスレッド性能とマルチスレッドスループットのバランス。
• 熱設計電力（TDP）：冷却要件と消費電力に影響する。
• 統合された機能：暗号化アクセラレータ、メモリチャネル数、仮想化拡張機能。

メモリー（RAM）

種類だ：

• ECC Registered DIMM (RDIMM)：データ破損を防ぐため、エラー訂正コード付きメモリは、サーバー環境ではほぼ一般的です。
• 負荷低減DIMM (LRDIMM)：モジュールあたりの容量が大きく、メモリ集約型のワークロード（データベース、インメモリ分析）に有効です。

主な指標

• 容量：サーバーは、DIMMスロットの数とモジュールのサイズに応じて、数ギガバイトから数テラバイトまでサポートすることができます。
• 速度：DDR4-2133 MT/sからDDR5-6400 MT/sまでで、データスループットに影響する。
• チャネル構成：デュアルチャネル、クアッドチャネル、またはオクタチャネルのメモリコントローラは、帯域幅を向上させます。

ストレージ・サブシステム

ハードディスク・ドライブ（HDD）：

• 説明従来の回転ディスク・ドライブは、大容量でギガバイトあたりのコストが低い。
• 使用例バルクコールドストレージ、バックアップリポジトリ、またはレイテンシーではなくスループットが重要な場合。

ソリッド・ステート・ドライブ（SSD）：

• SATA/SAS SSD：標準的なドライブベイに差し込み、通常は6Gbps（SATA）または12Gbps（SAS）を上限とする。
• NVMe (PCIe) SSD：レガシー・ストレージ・コントローラーをバイパスし、大幅に低いレイテンシーと高いIOPSを実現。U.2、M.2、またはアドインカードのフォームファクタで利用可能。
• エンタープライズグレードとコンシューマーグレードの比較：エンタープライズSSDは、より高い書き込み耐久性と電力損失保護をサポートしています。

ストレージコントローラ＆RAIDカード：

• ハードウェアRAIDコントローラ：パリティとミラーリングタスクをオフロードし、バッテリバックアップキャッシュまたはフラッシュベースキャッシュモジュールを提供。
• ソフトウェア定義ストレージ（SDS）オプション：CPUサイクルとソフトウェアレイヤー（Ceph、ZFSなど）を活用してドライブをプールする。

ネットワーク・アタッチド・ストレージ（NAS）とストレージ・エリア・ネットワーク（SAN）：

• NAS：標準イーサネット（NFS、SMBなど）でアクセス可能なファイルレベルのストレージ。専用のNASアプライアンスやサーバーで実装されることが多い。
• SAN：ファイバーチャネルまたはiSCSIを介したブロックレベルのストレージで、通常は専用のファイバーチャネルHBAとスイッチを使用する。

ネットワークインターフェースカード（NIC）

• 標準イーサネットNIC：1GbE、10GbE、25GbE、40GbE、100GbEの速度があり、ネットワーク・スループットとサーバー間通信を決定する上で重要。
• SmartNIC（データ処理ユニット）：ハイパースケールデータセンターや仮想化ホストに最適です。
• ファイバーチャネルホストバスアダプター（HBA）：ファイバーチャネルSANへの直接接続に必要。

電源と冗長性

• ホットスワップ可能な電源ユニット：多くのサーバーには2つ（またはそれ以上）の冗長電源が搭載されており、1つが故障してももう1つがシームレスに負荷を担います。
• 80 PLUS認証レベル：ブロンズからチタンまであり、標準的な負荷条件下での効率を示す。効率が高いほど、エネルギーコストと冷却の必要性が低減します。
• 配電ユニット（PDU）：複数のサーバーにAC電源を分配するラックマウント型のユニットで、リモート監視機能を備えていることが多い。

冷却ソリューション

• 空冷：高性能ファン（前面から背面へのエアフロー）とヒートシンクの組み合わせにより、CPUやその他の高温コンポーネントを冷却します。
• 液冷：空冷では不十分な環境（高密度GPUサーバーなど）では、液冷サーバーシャーシやリアドア熱交換器を導入するデータセンターもあります。
• シャーシファンとダクト：多くのサーバーには、コンポーネント間のエアフローを最適に保つため、複数の内部ファンが搭載されています。ダクトは冷却空気を前面から背面へと流し、ホットスポットを減らします。

3.専門サーバークラス

GPU加速サーバー

説明1つ以上の高性能GPU（NVIDIA A100、AMD Instinctなど）をCPUと一緒に搭載。

特徴

• 高い電力と冷却需要：各GPUは数百ワットを消費する可能性があり、堅牢な冷却インフラが必要となります。
• PCIeレーンの割り当て：フル帯域幅で複数のx16スロットをサポートするように設計されたマザーボードが必要です。

ユースケース機械学習トレーニング、推論ワークロード、科学シミュレーション、ビデオトランスコーディング。

高密度/ハイパーコンバージド・サーバー

説明ハイパーコンバージドインフラ（HCI）の一部として、コンピュート、ストレージ、ネットワーキングを単一のアプライアンスまたはノードに統合する。

特徴

• 統合ソフトウェアスタック：仮想化（VMware vSAN、Nutanix Acropolisなど）をバンドルし、複数のノードにリソースをプール。
• ノード追加によるスケーラビリティ：同一のノードを追加するだけで、ストレージとコンピューティングの両方を拡張できます。

ユースケース仮想デスクトップインフラ（VDI）、ブランチオフィスの統合、プライベートクラウドの導入。

エッジ/IoTサーバー

説明工場、小売店、通信基地局など、従来とは異なる環境で動作するよう設計された、コンパクトで堅牢なサーバです。

特徴

• 環境耐性：温度、湿度、衝撃/振動仕様の拡張。
• モジュラーI/O：標準イーサネットに加え、産業用プロトコル（Modbus、CANバスなど）をサポート。

ユースケース産業制御システム、ローカルデータ集約、IoTゲートウェイ処理。

4.付属機器および補助機器

無停電電源装置 (UPS)

機能停電時に一時的にクリーンな電力を供給することで、突然のシャットダウンを防ぎ、サーバーのシャットダウンやバックアップ発電機への移行を可能にします。

種類だ：

• スタンバイ（オフライン）UPS：重要なコンポーネントに電力を供給し続け、グリッド故障時にバッテリーに切り替わる（短い転送時間）。
• ラインインタラクティブUPS：電圧を継続的に調整します。電力品質が変動する地域に適しています。
• オンラインダブル変換UPS：転送時間ゼロで最もクリーンな電力を提供します。非常に敏感なサーバーやミッションクリティカルなサーバーに理想的です。

KVMスイッチ（キーボード、ビデオ、マウス）

目的：管理者が1つのコンソールから複数のサーバーを操作できるようにすることで、各サーバーに別々のモニターやキーボードを用意する必要性を減らす。

特徴

• Digital KVM over IP：LANまたはWAN経由でのリモート管理が可能。
• ローカルKVMドロワー：ラックにスライドさせることで、キーボード、モニター、タッチパッドを一体化し、現場での管理を可能にします。

管理モジュールとリモート管理カード

ベースボード管理コントローラ（BMC）：アウトオブバンドアクセス（IPMI、Redfish）を提供するオンボードマイクロコントローラで、ハードウェアの健全性の監視、サーバーの電源オン/オフ、仮想メディアのマウントを行う。

独自のソリューション：

• iDRAC（デル）、iLO（HP）、IMM（レノボ）：管理機能、ファームウェアアップデート、ハードウェア監視ダッシュボードの強化。

ネットワーク・スイッチとアグリゲーション・ギア

• トップ・オブ・ラック（ToR）スイッチ：多くの場合、アグリゲーション/コアスイッチにアップリンクされた10GbEポートを提供する。
• リーフ-スパイン・アーキテクチャ：最新のデータセンターでは、リーフスイッチはサーバーNICに直接接続し、スパインスイッチは高帯域幅のバックボーン接続を提供します。

ケーブル配線とケーブル管理

• 構造化ケーブリング：最大10GbE以上のCAT6/6A、40GbE、100GbE、長距離用の光ファイバー（OM4、OS2）。
• ケーブルトレイ、管理アーム、ベルクロストラップ：エアフローを維持し、メンテナンス時のケーブルトレースを簡素化します。

5.新たな傾向と考察

モジュラー・データセンター・ポッド

サーバー、冷却装置、配電設備を含む、組み立て済みのコンテナ型ラック。エッジまたは一時的なキャパシティとして迅速に展開できます。

ARMベース・サーバーの採用

Amazon（Gravitonインスタンス）、Ampere、Marvellなどの企業は、ARMをメインストリームのサーバー・ワークロードに導入し、特定のクラウドネイティブ・アプリケーションにおいて、ワットあたりのパフォーマンス向上を約束している。

コンポーザブル・インフラストラクチャ

物理的にハードウェアを移動させることなく、ソフトウェアでプロビジョニングや再構成が可能なCPU、メモリ、ストレージ、アクセラレータの「分割された」プールを使用。専用のインターコネクト・ファブリック（NVMe over Fabricsなど）が必要。

AIコプロセッサとFPGA

GPUだけでなく、FPGA（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）や専用のAIアクセラレータ（グーグルのTPUなど）がサーバー製品に統合され、より低いレイテンシと消費電力で推論タスクを高速化している。

グリーン／サステイナブル・ハードウェア

再生可能エネルギーへの対応、リサイクル素材、より高い電力効率への注目が高まっています。現在では、個々のサーバーの「カーボンフットプリント」推定値を公表しているベンダーもあります。

結論

サーバー機器は、フォームファクター、内部コンポーネント、専用アクセラレータ、サポート機器など、多様なエコシステムを包含しています。高密度のクラスタリング環境用にスペースを重視したブレードサーバーが必要な場合でも、ネットワークエッジに堅牢なマイクロサーバーが必要な場合でも、機械学習用にGPUを搭載した強力なリグが必要な場合でも、事実上あらゆる要件に適合するカスタマイズされたハードウェアがあります。計算密度、電力効率、拡張性、管理性など、サーバー機器と関連コンポーネントを選択する際に考慮すべき重要事項があります。テクノロジーの進化（ARMの採用、コンポーザブル・インフラストラクチャ、AIコプロセッサなど）に伴い、サーバー製品は多様化し続け、企業はワークロードの需要や持続可能性の目標にハードウェア投資を正確に合わせることができるようになります。