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絶好の導入タイミングを迎えたGPUを活用した「3D CAD VDI」――製造・設計現場のワークスタイル変革へ

1 GPU仮想化の登場で3D CAD VDIがいよいよ本格化

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製造・設計の現場に新しいIT化の波が訪れている。VDI(Virtual Desktop Infrastructure:仮想デスクトップ環境)での3D CAD導入が本格化しているのだ。今日多くの企業でメジャーになりつつあるVDIであるが、これまでCAD/CAE などといった高い描画性能を必要とする現場には不向きと思われてきた。だが、GPU、サーバー、ネットワーク、ストレージで技術革新が進み、それらを簡単に導入できるソリューションや、保守サポート体制も充実してきた。本稿では、このような環境を支えるITインフラ「FlexPod」に注目し、3D CAD VDI活発化の背景やソリューション導入のポイントを探っていく。

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GPU仮想化の登場で
3D CAD VDIがいよいよ本格化

ヴイエムウェア
テクノロジーアライアンス担当部長
森田 徹治氏

CAD/CAEに代表される設計や製造の現場には、グラフィック描画や演算処理に制約があるVDIは適さない──長らく信じられてきたそんな常識が今ようやく覆されようとしている。VDIは周知のとおり、クライアントのデスクトップ環境をサーバー側に仮想化して集約することで柔軟性と管理性を高めるコンピューティング技術だ。クライアント側にデータを保持しないため、社内外どこからでも同じデスクトップ環境を利用できるほか、セキュリティやコンプライアンスを強化できるというメリットがある。

昨今、クラウドやモバイルなどネットワーク環境が改善したこともあり、オフィスや営業、フィールドなどの現場で急速に採用が進んでいる状況だ。だが、高い演算能力と複雑なグラフィック描画が求められる設計・製造の現場ではマシンには高いパワーが要求され、クライアントPCをVDI 上で利用するにはさまざまな制約がある状況だった。さらに最近は特に、3Dによる設計やシミュレーションが一般的になったことで、従来よりもさらにパフォーマンスの高いワークステーションのようなコンピューティング環境が必要とされるようになってきた。

そんな状況が一変させたのがGPU仮想化だ。デスクトップ仮想化ソリューション「VMware Horizon7」を展開するヴイエムウェアでテクノロジーアライアンス担当部長を務める森田徹治氏はこう話す。

「設計の現場では、大きくて重いワークステーション機を机上において作業することが多いと思います。こうしたマシンは排熱のためにうるさく熱いのが一般的です。また、扱うファイルサイズも大きいため転送に時間がかかったり、OA系の作業をするためにさらに別のPCが必要になったりといった煩わしさもあります。GPU仮想化は、そうした3D CAD作業を変革します」。

3D CAD向けのGPU仮想化には、物理GPUを複数の仮想マシン(VM)で共有する「vSGA(Virtual Shared Graphics Acceleration)」タイプと、物理GPUコアをVMが占有する「vDGA(Virtual Dedicated Graphics Acceleration)」タイプがあった。前者はコスト重視で低負荷3D向け、後者は性能重視でハイエンドCAD向けと使い分けられてきたが、ここに新たに加わったのが、物理GPUを仮想化して論理分割したうえでGPUベンダーが提供するドライバを使って共有するテクノロジだ。

「GPU仮想化は性能要件に柔軟な手法で対応し、コストと性能の最適化を図ることが可能です。VMwareは、NVIDIA、AMDのGPUドライバに対応し、GPU仮想化を使った集約率と性能を両立した環境を提供します」(森田氏)

このGPU仮想化を使ってCAD環境をVDI化し、高負荷なCADを快適に動作させた企業例としてJVCケンウッドの事例が挙げられる。JVCケンウッドでは、シンクライアント環境により自席や会議室からでも基板設計、回路設計、機械設計といった設計業務のためのCAD環境へのアクセスが可能となり、スタッフのワークスタイル変革につながった。さらにHorizon7では、H.264の映像圧縮方式に準拠する「Blast Extreme」と呼ばれる新しい画面転送プロトコルが登場した。この技術によって低コストのクライアント端末でも、優れた3Dグラフィックスのユーザー体験を提供できる。

さらに、CADなどで扱う重要データを保護するために、VDI下で標的型攻撃対策やなりすまし対策、指紋認証、ワンタイムパスワードなどにも対応している。まさに「ソフトウェアの視点からみて、VDIによる3D CADはまさに機が熟してきた状況」(森田氏)なのだ。

現場の変革を支える
サーバーとネットワークの進化

シスコシステムズ
データセンター/バーチャライゼーション事業 コンサルティングシステムズエンジニア
畝髙 孝雄氏

機が熟したのは、ソフトウェアだけではない。3D CAD VDIに向けて、ハードウェアも大きな進化を遂げている。サーバー、ネットワーク、ストレージの統合型製品「FlexPod」をネットアップとともに提供するシスコシステムズで、データセンター/バーチャライゼーション事業コンサルティングシステムズエンジニアを務める畝髙孝雄氏は、こう話す「製造、設計の"現場"では、今大きな変化が起こっています。まず、モバイルやクラウドが進展したことで、ビジネスのスピードが増し、働く人々のワークスタイルが変わりました。また、IoTという言葉に代表されるように、さまざまな機器やアプリケーションがインターネットにつながるようになりました。そうした変化に対応するように、IT基盤も新しいかたちに大きく変わってきているのです」(畝髙氏)

畝髙氏は、現場とIT基盤の変化は、利用者という視点からは大きく2つの種類に分けることができると指摘する。1つは人の視点だ。ビジネスツールとして、ITはもはやなくてはならないものになった。ビジネスのスピードについていき、いつどこからでも柔軟に働くことができるようなIT 基盤が求められるようになった。もう1つはモノの視点だ。IoTによりインターネットに常につながる環境になると、サーバーの性能だけでなく、ネットワークスイッチの構成、よりデバイスに近い「Fog」と呼ばれるネットワーク環境の重要性が高まる。

そのなかで、モノが作り出すデータやアプリケーションを柔軟に効率よく管理するIT基盤が求められるようになった。では、IT基盤には、具体的にどのような要件が必要とされるのか。畝髙氏は、人の視点から見ると、VDIの構築が1つのポイントになると指摘する。VDIは、NVMe 接続されたSSDやGPUへの対応によりレスポンス性能や描画性能が飛躍的に高まっている。FlexPodを構成するシスコのサーバー製品「Cisco UCS」はこうした新しい技術にすでに対応済みだ。

また、サーバー性能が高まりVDI環境で1サーバーあたり100VM以上を稼動させることがもはや当たり前になり、これによって、逆に各サーバーの管理性や柔軟性、そしてなにより信頼性が重要になってきた。

シスコのUCSサーバーでは、これらの課題に管理ツール「Cisco UCSManager」による統合された管理で対応する。さらに、ネットワークについてもWi-Fi環境をローカル環境で管理するだけでなく「Meraki」のようなネットワーク機器などをクラウドで統合管理するソリューション、スイッチ製品「Nexus」をベースとしてポリシーベースのネットワーク構成管理を実現する「CiscoACI」など、クライアント端末からサーバーまでをつなげるネットワークソリューションを幅広く提供する。

仮想環境におけるGPU 活用の方式一覧。GPU 仮想化では集約率と性能を両立した環境を提供する

「快適なVDI環境のためにはサーバー側だけが高性能であってもそれだけでは十分ではありません。物理環境、仮想環境、クラウド環境も含めて、サーバー、ネットワーク、ストレージを効率的に柔軟に管理していくことが重要です」(畝髙氏)

一方、モノの視点からは、IoTへの対応がIT基盤構築の大きなポイントになると畝髙氏は指摘する。IoTの取り組みにおいてシスコでは、現場の状況にあわせて、サーバー機能やスイッチ機能も統合することが可能な統合型ルータ「Cisco ISR 4000」や、PoEに対応し高信頼性で防塵・防水機能なども備えた産業用スイッチなど、IoTの現場を支えるサーバー・ネットワーク製品を提供する。

これらはもちろん、バックエンドのデータセンターにおけるホスト端末やUNIXなどを含むあらゆる物理サーバーやvSphere、Hyper-V、KVMなどの仮想マシン、さらには今後普及が進むと考えられるコンテナまで、どのような対象であっても管理が可能なSDNソリューションであるACIまでを最適に組み合わせて提案できることが、シスコの強みといえるだろう。そのうえで畝髙氏は「VDIのため、IoTのためといったように、目的に応じて個別システムを作るのは得策ではありません。FlexPodようなソリューションを使って、統合管理された拡張性の高い手段を構築することによって、VDIにもIoTにも対応できる統合基盤を活用することが重要になってきました」と訴える。

なお、先に触れたGPUの観点からは、畝髙氏は「3D CAD VDIに限らず、GPUはオフィスアプリなど一般的なアプリケーションにも利用されているので、3D CADに限らずVDIにおけるGPUの活用は重要になってきています」と話し、GPUコンピューティングの活躍の場のさらなる広がりに注目している。

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目次
(1) GPU仮想化の登場で3D CAD VDIがいよいよ本格化
(2) 3Dエンジニアリングのためのストレージ要件


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