OpenCUBE：EPIシステムを用いたオープンソースクラウド設計の構築

Concetti Chiave

OpenCUBEプロジェクトは、エネルギー効率を重視したオープンソースのクラウドコンピューティング設計を、欧州プロセッサ・イニシアチブ（EPI）のハードウェア上に構築することを目指している。

Sintesi

OpenCUBEプロジェクトの概要

OpenCUBEは、欧州委員会の資金提供を受けて2023年1月に開始されたプロジェクトである。本稿では、OpenCUBEプロジェクトの概要、アプローチ、予備的な結果と今後のロードマップについて解説する。

OpenCUBEの主な目的は、欧州のハードウェア・インフラストラクチャ上に展開され、産業用および消費者向けクラウドのワークロードに対応する、欧州のクラウド・コンピューティング設計を実現するためのフルソフトウェアスタックを作成、実装、検証することである。さらに、あらゆるレベルで電力認識を組み込むことで、電力とエネルギー効率を優先することを目指している。OpenCUBEは、エッジからクラウド、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）まで、コンピューティング・コンティニュアム全体における多様な要件をサポートする。

OpenCUBEは、ハードウェアとソフトウェアの緊密なインターフェースに焦点を当てたアプローチを採用しており、ハードウェアプラットフォーム、ミドルウェア、ヘテロジニアスデータセンター（DC）、アプリケーションの4つの柱で構成されている（図1）。
各柱の概要

ハードウェアプラットフォーム: SiPearl RheaやSemidynaimcs RISC-Vプロセッサなど、EPIシステムをホストするように設計されている。この設計は、クラウドネイティブとHPCの両方のワークロードの要件に対応するように適合されている。また、ハードウェアプラットフォームは、ヘテロジニアスデータセンターのオペレーティングシステムとミドルウェアの設計に情報を提供する。初期段階では、商用クラウドシステムで利用可能なARMベースのプロセッサ、ハイパフォーマンスEthernetベースのインターコネクト、EPAC RISC-Vアクセラレータを活用したプロトタイププラットフォームが構築されている。
オペレーティングシステムとソフトウェア: オープンソースコンポーネントを活用および拡張し、ハードウェアプラットフォーム上の監視とリソース管理のための新しくリリースされたハードウェア機能をサポートする。システム管理サービスとOSの拡張は、ハイパフォーマンスEthernetネットワークを活用し、さまざまなシステムレベルで電力認識を可能にするように設計され、エネルギー効率とパフォーマンスを実現する。オープンソースのプロファイリングツールは、新しいCPUアーキテクチャに適応させて、パフォーマンチューニングとデバッグを改善する。
スケーラブルなヘテロジニアスデータセンターアーキテクチャ: ハードウェアプラットフォームに特化し、ターゲットワークロードに適合したオープンソースミドルウェアを通じて展開される。特に、OpenCUBEミドルウェアは、ノード上のヘテロジニアスコンピューティングおよびメモリリソースの活用を改善することに重点を置く。また、高速ネットワークを介したメモリ集約を可能にする拡張機能が開発され、ワークフローにおけるメモリ拡張またはデータステージングのいずれかを実現する。ハイパフォーマンスネットワークソフトウェアは、クラウドベースのコンテナ化された環境でアプリケーションを効率的に実行できるように設計されている。
ドライバーアプリケーションとワークフロー: ハードウェア、ソフトウェア、DCミドルウェアの各柱と連携し、ワークロードの要件を入力する。OpenCUBEスタックは、クラウドネイティブワークロードや、クラウド、HPC、エッジからコンピューティングコンティニュアムをターゲットとしたワークフローを含む、これらのアプリケーションを通じて検証および評価される。アプリケーションは、スタックの開発全体を通じて継続的にフィードバックを提供する。

Approfondimenti chiave tratti da

OpenCUBE: Building an Open Source Cloud Blueprint with EPI Systems

by Ivy Peng, Ma... alle arxiv.org 10-15-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.10423.pdf

Domande più approfondite

OpenCUBEプロジェクトの成果は、他の地域におけるクラウドコンピューティングの設計にどのような影響を与えるでしょうか？

OpenCUBEプロジェクトの成果は、特に以下の点において、他の地域におけるクラウドコンピューティングの設計に大きな影響を与える可能性があります。

オープンソースとオープンAPIの採用促進: OpenCUBEは、オープンソースソフトウェアとオープンAPIを採用することで、ベンダーロックインを回避し、技術の透明性と相互運用性を高めています。この設計思想は、他の地域においても、クラウドサービスの柔軟性とコスト効率を求める声が高まる中で、広く受け入れられる可能性があります。
エネルギー効率の重視: OpenCUBEは、European Green Dealの目標に沿って、エネルギー効率を重視した設計となっています。地球温暖化対策が世界的な課題となる中、OpenCUBEの省エネルギー技術や運用ノウハウは、他の地域におけるクラウドインフラストラクチャの設計にも参考にされるでしょう。
EPIシステムの普及: OpenCUBEは、欧州で開発されたEPIシステムを採用することで、欧州の技術的な自立性を示すとともに、世界市場におけるEPIシステムの認知度向上に貢献する可能性があります。他の地域においても、地政学的なリスクやサプライチェーンの安定化が重視される中で、EPIシステムのような地域独自の技術への関心が高まる可能性があります。
コンピューティングコンティニウムへの対応: OpenCUBEは、エッジからクラウド、HPCまで、多様なコンピューティングニーズに対応できる設計を目指しています。この包括的なアプローチは、IoTやAIの普及により、異なるコンピューティング環境間での連携が求められる他の地域においても、重要な設計指針となるでしょう。
ただし、OpenCUBEの設計思想や技術が他の地域にそのまま適用できるわけではありません。それぞれの地域が抱える課題や技術的な成熟度、法規制などを考慮した上で、OpenCUBEの成果を参考にしながら、最適なクラウドコンピューティング設計を進めていく必要があります。

セキュリティとプライバシーの観点から、OpenCUBEのようなオープンソースのクラウド設計にはどのような課題がありますか？

OpenCUBEのようなオープンソースのクラウド設計は、セキュリティとプライバシーの観点から、以下のような課題に直面する可能性があります。

コードの透明性による脆弱性の露呈: オープンソースの性質上、誰でもコードを閲覧できるため、悪意のある攻撃者によって脆弱性が発見されやすく、悪用されるリスクがあります。これは、クローズドソースのシステムと比較して、攻撃対象を特定しやすくなるためです。
コミュニティの規模と専門性: オープンソースプロジェクトのセキュリティは、開発コミュニティの規模と専門性に依存します。OpenCUBEのような新しいプロジェクトでは、十分な数のセキュリティ専門家が参加せず、脆弱性の発見や修正が遅れる可能性があります。
サプライチェーンセキュリティ: OpenCUBEは、多数のオープンソースコンポーネントを利用しており、それぞれのコンポーネントに潜む脆弱性が、OpenCUBE全体のセキュリティリスクに波及する可能性があります。これは、サプライチェーン全体におけるセキュリティ対策の徹底が不可欠であることを意味します。
プライバシー保護の難しさ: オープンソースの性質上、データ処理の仕組みが透明化されるため、プライバシー保護の強化が求められます。特に、個人情報や機密データを取り扱う場合には、データの暗号化やアクセス制御などの対策を徹底する必要があります。
これらの課題を克服するために、OpenCUBEプロジェクトでは、以下のような対策を講じることが重要となります。

セキュリティ監査: 定期的にセキュリティ監査を実施し、脆弱性の発見と修正を迅速に行う体制を構築する。
コミュニティとの連携: 他のオープンソースプロジェクトやセキュリティコミュニティと連携し、情報共有や共同開発を進める。
セキュリティ専門家の育成: セキュリティ専門家を育成し、プロジェクトへの参加を促すことで、セキュリティレベルの向上を図る。
プライバシーバイデザイン: 設計段階からプライバシー保護を考慮し、データ最小化や匿名化などの技術を採用する。
OpenCUBEプロジェクトの成功には、セキュリティとプライバシーに関する課題を認識し、適切な対策を講じることが不可欠です。

量子コンピューティングの進歩は、OpenCUBEのようなクラウドコンピューティングの設計にどのような影響を与えるでしょうか？

量子コンピューティングの進歩は、OpenCUBEのようなクラウドコンピューティングの設計に、以下のような影響を与える可能性があります。

セキュリティ強化: 量子コンピューティングは、現在の暗号化技術を容易に解読する可能性があります。OpenCUBEでは、耐量子コンピュータ暗号などの新しいセキュリティ技術を採用し、将来にわたって安全なクラウド環境を提供する必要があります。
ハイブリッドコンピューティング: 量子コンピュータは、特定のタスクにおいて従来のコンピュータをはるかに上回る性能を発揮します。OpenCUBEは、量子コンピュータをHPCやクラウドと統合したハイブリッドコンピューティング環境を提供することで、より複雑な計算処理や大規模データ分析などの需要に対応できるようになります。
アルゴリズムとソフトウェアの進化: 量子コンピューティングの登場により、新しいアルゴリズムやソフトウェアが開発されています。OpenCUBEは、これらの技術革新を取り入れることで、より効率的で高性能なクラウドサービスを提供できるようになります。
新しいユースケース: 量子コンピューティングは、創薬、材料科学、金融モデリングなど、様々な分野で革新的なアプリケーションを生み出す可能性を秘めています。OpenCUBEは、これらの新しいユースケースに対応したクラウドサービスを提供することで、更なる需要の拡大が見込めます。
量子コンピューティングはまだ発展途上の技術ですが、クラウドコンピューティングに大きな影響を与える可能性があります。OpenCUBEは、量子コンピューティングの進化を常に注視し、その影響を積極的に評価することで、将来にわたって競争力のあるクラウドプラットフォームであり続けることができるでしょう。