ほとんどの産業用システムでは、コンピュータが1日中効率的かつ効果的にノンストップで動作することが求められます。そのため、産業用アプリケーションでは、ダウンタイムを回避または軽減するために、さまざまな安全対策と冗長性対策が実施されています。ストレージドライブは、システムの信頼性を維持するために非常に重要です。製造業者は、ストレージドライブの障害発生時にシステムへの有害な損傷を防ぐために、冗長性としてホットスワップ可能なストレージドライブを利用しています。ホットスワップ機能により、コンピュータコンポーネント、とりわけストレージドライブを瞬時に迅速に交換することができます。多くのミッションクリティカルな産業では、ダウンタイムと故障点（PoF）を最小限に抑えるため、稼働中のコンピュータにホットスワップ機能の使用を優先しています。このブログでは、ホットスワップとホットスワップドライブの利点について、完全に理解できるようガイドします。
ホットスワップとは？
ホットスワップ、ホットスワップ可能、またはホットスワッピングとは、システム全体を一時停止、シャットダウン、または再起動することなく、コンピュータコンポーネントを実行中のシステムに交換または取り付けするプロセスです。産業用システムでは、システム構成の変更を簡素化したり、コンピュータコンポーネントの修理時のメンテナンス時間を短縮したりするために、ホットスワップ機能の利点を享受しています。そのため、産業界は生産性をさらに高め、ダウンタイムを最小限に抑えるために、コンピューティングソリューション内でホットスワップ可能なコンポーネントのアプリケーションを最大限に活用しています。
ホットスワップのさまざまなレベル
- 基本ホットスワップシステム：物理およびハードウェアシステムをサポートしますが、オペレータはソフトウェアを処理する必要があります。
- フルホットスワップシステム：物理、ハードウェア、およびソフトウェアの接続プロセスをサポートします。このレベルのホットスワップは、マイクロスイッチと通信して、ドライブが挿入または取り外されたときにホストプロセッサに信号を送信します。
- 高可用性ホットスワップ：フルホットスワップシステムですが、より高度な制御が可能です。そのため、このレベルのホットスワップは、ホットスワップコントローラとソフトウェアを利用して、機械、ハードウェア、および冗長システムを制御します。
ホットスワップドライブとは？
ホットスワップドライブとは、ホットスワップ可能なストレージドライブを指します。多数のIIoTデバイスやAI技術の出現により、急増するデータ量を処理するためにストレージが非常に重要となり、データの保存と処理の媒体として機能しています。そのため、ストレージアレイで1つのドライブに障害が発生した場合でも、システム全体をシャットダウンすることなく新しいドライブを迅速に交換できるため、時間とコストを節約できます。その結果、ホットスワップ技術は、ストレージドライブのメンテナンスとアプリケーションの簡素化に貢献してきました。
ホットスワップストレージドライブは通常、RAID（Redundant Array of Independent Disks）構成で提供されます。RAIDは、データの冗長性、信頼性の向上、パフォーマンスの向上のために複数のドライブを同時に利用します。これは、データを2つの別々のドライブにミラーリングまたは複製したり、複数のデバイスにデータを分割したりすることで機能します。したがって、RAID構成は、ドライブの1つがホットスワップされたときにデータの冗長性を提供し、プロセス中にデータが破損しないようにします。
ホットスワップ可能ドライブのメリット
24時間365日稼働
航空交通管制官などの大企業では、コンピュータシステムを終日ノンストップで稼働させる必要があります。そのため、たとえ1秒間のダウンタイムであっても、航空機の運航に悪影響を及ぼす可能性があります。ホットスワップにより、ミッションクリティカルなシステムは、システム全体をシャットダウンしたり一時停止したりすることなく、ストレージに障害が発生したりアップグレードが必要になった場合にデータを交換またはアップグレードできます。結果として、ホットスワップ可能なドライブは、24時間稼働のシステムにおいて非常に重要です。
簡単なアップグレード。迅速な交換
ホットスワップ機能により、ストレージドライブのアップグレードが容易になり、迅速な交換が可能になります。さらに、ほとんどのホットスワップ可能なドライブはツールレススワップをサポートしており、フィールドユーザーが必要に応じてストレージを交換するのに便利です。これらの簡単なステップにより、オペレータはホットスワップドライブを交換した後の影響をすぐに確認し、適切に動作していることを確認できます。
ダウンタイムの解消（生産性の向上）
ダウンタイムとは、システムの修理またはメンテナンスに費やされる時間のことです。産業用アプリケーションでは、ストレージドライブは高温または振動に対するしきい値が高いため、故障に対する耐性が高くなっています。さらに、ストレージドライブは、修理やシステムメンテナンスによる生産性損失を何時間も防ぐためにホットスワップ可能にされています。その結果、ホットスワップによりドライブの即時交換とアップグレードが可能になり、ストレージドライブのダウンタイムが短縮されます。
ホットスワップはどのように機能するのか？
ホットスワップドライブベイ（外部）
まず、ホットスワップドライブベイをコンピュータシステムに挿入します。ツールレス設計によりスワップメカニズムが簡素化されているため、ホットスワップ可能なドライブの取り付け時に特別な機器は必要ありません。さらに、ホットスワップドライブは、コンピュータシステムにドライブを挿入する前にストレージドライブを配置するために使用されるホットスワップドライブベイと呼ばれる標準ケースを利用しています。異なるハードドライブに対応するために異なるホットスワップドライブベイがあるため、ホットスワップドライブベイのサイズが使用するストレージドライブに応じて適切であることを確認してください。たとえば、一般的なホットスワップ可能なドライブベイは2.5インチで、最大9.5mmのHDD/SSDドライブに対応しています。
ホットスワップコントローラ（内部）
ホットスワップコントローラは、ドライブ交換時に電源が停止するのを防ぐため、突入電流入力を制限します。ホットスワップコントローラは、電源の急激な変化によって引き起こされる潜在的な危険からコンピュータの回路を保護します。また、急激な突入電流、過電圧、短絡、逆極性によるコンピュータシステムへの損傷も防ぎます。ホットスワップコントローラは通常、ストレージドライブまたはバックプレーンのいずれかに配置されます。
SATAドライブはホットスワップ可能か？
SAS、SATA、Firewireインターフェースを持つすべてのストレージドライブがホットスワップ可能であるため、SATA HDDとSSDの両方のタイプのドライブもホットスワップ可能であることを意味します。前述のように、ほとんどのストレージドライブは、1つのドライブが故障した場合にデータの冗長性を提供するためにRAIDセットアップを持っています。したがって、RAID 1、5、6、10バージョンを持つドライブは、データのミラーリングと複数の異なるドライブへのストライピングによる冗長性能力があるため、ホットスワップ可能です。その結果、当社のSATAドライブは、ホットスワップコントローラとデータ冗長性ソフトウェア用のRAIDを備えた高可用性ホットスワップです。
ホットスワップ可能なSATA SSDとHDDの違い
SATA SSDとHDDはどちらもホットスワップ可能ですが、データの保存と管理方法が異なります。HDDとはハードディスクドライブのことで、データが非常に高速で読み書きされる磁性コーティングされたプラッタで構成されています。HDDは最大150MB/sの速度に達しますが、これはSSDに比べてかなり遅いです。これは、SSDがデータをフラッシュメモリに保存し、Advanced Host Controller Interface（AHCI）を使用するためです。SATA SSDは、可動部品のない個々のメモリセルで構成されており、最大550MB/sの読み書きデータ速度に達します。
ホットスワップ可能なNVMe SSD – ストレージブースト
NVMeはNon-Volatile Memory Expressの略で、PCI Express（PCIe）バスを介してホストとメモリシステムを接続するデータストレージインターフェースプロトコルです。NVMe SSDは、その非常にコンパクトな形状と超高速の転送速度で知られています。600MbpsのSATA SSDと比較して、NVMe SSDはx4 PCIe 3.0レーンを利用することで最大4Gbpsに達することができ、大規模なコンピューティング操作に適した高いレベルのデータストレージブーストとデータ読み書き速度を示しています。
NVMe SSDは、従来のSATA SSDに存在するボトルネックインターフェースと通信プロトコルを克服するように設計されているためです。Premioの産業用コンピュータは、ホットスワップ可能なNVMe SSDを備え、7mmまたは15mmのSSDドライブオプションで構成されるホットスワップ可能なNVMe SSDキャニスターをサポートするように設計されています。ホットスワップ可能なNVMeキャニスターは、データストレージの交換とアップグレードを簡素化し、コンピュータがノンストップで故障なく動作することを要求される産業用アプリケーションにおいて非常に重要です。
ホットスワップ可能なNVMe SSD vs SATA SSD
NVMe SSDはフラッシュを使用してSSDを接続するために設計されたインターフェースプロトコルを使用しますが、SATAはAHCIドライバーを使用してSSD、HDD、および光学ドライブを接続します。これら2つのもう1つの重要な違いは、I/O層のブロックを指すAHCIおよびNVMeインターフェースコントローラーです。AHCIは単一キューのI/Oブロック層を利用します。これは、CPUからのすべてのI/O要求が単一の要求キューを介して行われることを意味します。その結果、AHCIは、単一キューではストレージの可能性を十分に活用できない場合があるため、ボトルネックを引き起こす可能性があります。一方、NVMeインターフェースコントローラーは、ソフトウェアキュー（SWQ）とハードウェアキュー（HWQ）で構成されるマルチキューブロックI/O層を利用します。CPUコアで実行されているタスクは、対応するSWQとHWQに送信できるため、単一の要求キューを介してすべての機能を処理するために必要な時間が短縮されます。その結果、NVMe SSDはSSDの内部並列処理を最大限に活用し、ストレージドライブのパフォーマンスを大幅に向上させました。内部並列処理とは、単一のSSDが複数の着信I/O要求を並行して処理し、高帯域幅を獲得する能力を指します。
ホットスワップ可能なNVMe SSDの主なメリット
IoTデバイスとAI技術の登場により、急増するデータを処理するために、より多くの帯域幅、ストレージ、処理能力が必要とされています。したがって、ホットスワップ可能なNVMeのデータ転送における卓越したパフォーマンスにより、以下のような高速で効率的なデータ処理を実現するために、高度な技術は大きなメリットを享受するでしょう。
- 低レイテンシ：ホットスワップ可能なNVMeは、帯域幅と内部並列処理を向上させています。NVMeはマルチキューブロックを利用してI/Oボトルネックを解消し、データの読み書きにおけるレイテンシをわずか2.8マイクロ秒まで短縮します。
- 性能の向上：ホットスワップNVMeストレージは、PCIe 3.0レーンと直接接続してデータを転送します。これにより、x16 PCIeレーンでは最大16Gb/sの帯域幅が提供されます。したがって、ホットスワップ可能なU.2、2.5インチ、またはM.2 NVMe SSDは、最大x4 PCIeレーンをサポートし、驚異的な4Gbpsの速度を実現します。ホットスワップSATAと比較して、ホットスワップNVMeはストレージドライブの読み書き速度性能を大幅に向上させます。
- 信頼性の高いストレージ：ホットスワップ可能なNVMe SSDは、可動部品のないフラッシュメモリにデータを保存するため、故障点（PoF）を最小限に抑え、過酷な産業用システムにおける堅牢性に貢献します。
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電力効率：ホットスワップNVMeは、低消費電力スタンバイモードを採用しており、アイドル時に消費電力が少ないです。したがって、大規模な運用を行う産業界は、この機能から大きな利益を得ることができ、総所有コスト（TCO）とバッテリー寿命を削減できます。
ホットスワップ可能なストレージドライブの応用分野
ホットスワップドライブは、インテリジェントマシンのトレーニングのための効率的なデータ収集と処理、およびより高度なIoT管理のために重要なデータをクラウドに迅速にオフロードすることを可能にします。多くの産業、特にミッションクリティカルな産業は、シームレスな接続性と信頼性の高い運用を実現するために、ホットスワップ技術から大きな恩恵を受けています。これらの産業の一部は次のとおりです。
- 産業オートメーション
- 車両テレマティクス
- 監視
- 自動検査
- スマートシティ
ホットスワップストレージブースト産業用コンピューター
RCO-6000-CFL-4NS
RCO-6000-CFL-4NSシリーズは、第9世代Intel Coffee Lake Rプロセッサーを搭載し、2つのホットスワップ対応NVMe SSDベイモジュールをサポートするストレージブースト産業用コンピューターです。各ベイモジュールには、最大2台の15mm NVMe SSDを搭載でき、ホットスワップとツールレスに対応しています。このストレージブーストコンピューターシリーズは、データ冗長性管理のためにソフトウェアRAIDをサポートしています。RCO-6000-CFL-4Nシリーズは、さまざまな業界要件に合わせてハードウェアRAIDもサポートしています。このシリーズの主な機能の一部を以下に示します。
- 第8/9世代Intel® Core™ i7/i5/i3プロセッサー用LGA 1151ソケット
- RAID 0、1、5、10をサポートする4つのホットスワップ対応SATA HDDベイ
- 2つの着脱式2ベイNVMe SSDモジュール（15mm）と1つのNVMe M.2 Mキー
- 内部：フルサイズMini-PCIe×2、M.2 Eキー×1
- -25°C～60°Cの動作温度
RCO-6000-CFL-8NS
RCO-6000-CFL-8NSシリーズは、2つのホットスワップ対応NVMe SSDベイモジュールを搭載し、第9世代Intel Coffee Lake Rプロセッサーをサポートするストレージブースト産業用コンピューターです。このシリーズでは、各ベイモジュールに15mm NVMe SSDを4台、2つのベイモジュールで合計8台搭載できます。そのため、このシリーズのコンピューターは、RAIDソフトウェアのサポートにより、大容量のホットスワップ対応ストレージドライブを提供します。主な機能をいくつかご紹介します。
- 第8/9世代Intel® Core™ i7/i5/i3プロセッサー用LGA 1151ソケット
- RAID 0、1、5、10をサポートする4つのホットスワップ対応2.5インチSATA HDDベイ
- 2つの着脱式4ベイNVMe SSDモジュール（7mm）と1つのNVMe M.2 Mキー
- 内部：フルサイズMini-PCIe×2、M.2 Eキー×1
- -25°C～60°Cの動作温度
Premioを選ぶ理由
Premioは、30年以上にわたり米国で最高級の産業用コンピューターを設計・製造しているグローバルソリューションプロバイダーです。当社のソリューションは、最も過酷な環境条件下でも信頼性と最適な動作を保証するために、設計、テスト、検証が行われています。さらに、Premioのホットスワップ対応NVMe SSDは、頑丈なエッジで高いレベルのパフォーマンスとストレージを提供します。Premioは、あらゆる面で最高のものを追求し、お客様に最高級のコンピューティングソリューションを提供することを目指しています。ご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください。