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MicrocosmWorksデジタルコスモスの革新と設計
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MicrocosmWorksデジタルコスモスの革新と設計

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オンオフスケーリングアーキテクチャ

アイドル状態の GPU に費用を払う必要はありません。コンピューティングリソースをジャストインタイムでプロビジョニングし、ワークロードを処理し、終了させます。これにより、設備投資はジョブごとの運用コストに変わります。

June 22, 2026
|
2 topics covered
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Infrastructure
Category
Advanced
Complexity
AI/ML, メディア&エンターテイメント
Industries
2+
Technologies

これが必要なとき

あなたのワークロードはバースト性があります。コンテンツがアップロードされたときに急増する動画エンコーディングジョブ、4時間8つの GPU を必要としその後何も必要としない MLトレーニングの実行、ビジネスイベントによってトリガーされるバッチ推論ジョブ、または一晩実行されるレンダリングパイプラインなどです。あなたは過剰なプロビジョニング(時間の80%はアイドル状態のリソースに支払っている)か、不足したプロビジョニング(ピーク時にジョブが何時間もキューに入っている)のどちらかの状態です。GPUワークロードにとって「スケール・トゥ・ゼロ」を非現実的にするコールドスタートペナルティなしに、必要なときに必要なコンピューティングを正確にプロビジョニングし、ジョブが完了したらそれを解放するアーキテクチャが必要です。

パターン概要

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クラウドネイティブインフラストラクチャ

アプリケーションコードのようにバージョン管理され、テストされ、デプロイされるインフラストラクチャ — なぜなら、プラットフォームの信頼性は、その下にあるものと同程度だからです。

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よくある質問

バッチ処理が多い、または定期的なワークロードを持つMicrocosmWorksのクライアントは、on-offスケーリングを導入後、通常60〜80%のクラウドコスト削減が見られます。これは、コンピューティングリソースが24時間365日ではなく、アクティブな処理ウィンドウ中にのみ実行されるためです。私たちは実際の使用状況のテレメトリに基づいてスケーリングポリシーを設計します。例えば、毎日4時間実行されるデータ処理パイプラインは、フル24時間ではなく、その4時間分のみを支払います。当社のアーキテクトがディスカバリーフェーズ中にお客様のワークロードパターンを分析し、実装が開始される前に正確な削減額を予測します。

プリウォームされたノードプール上のコンテナ化されたアプリケーションの場合、コールドスタート時間は2〜3秒ですが、特殊な GPU インスタンスや大規模なモデルの読み込みを必要とするワークロードの場合、5〜10分かかることがあります。MicrocosmWorks は、この遅延を最小限に抑えるためにいくつかの手法を使用します。私たちは、過去のトラフィックパターンとスケジュールされたイベントを使用して、予期される需要の前にリソースを起動する予測スケーリングを実装しています。また、レイテンシーに敏感なワークロードに対しては、コンテナイメージの事前プルとウォームプール予約を利用しています。いかなるコールドスタートも許容できないアプリケーションの場合、需要が発生した際に積極的にスケールアップする最小限のウォームベースラインを維持しています。

MicrocosmWorksは、キューの深さ、CPU使用率、またはカスタムアプリケーションメトリクスによってトリガーされる積極的なスケールアップポリシーと、スラッシングを回避するためのクールダウン期間を含むより段階的なスケールダウンポリシーを組み合わせた、リアクティブなオートスケーリングを実装しています。スケールアップイベント中には、システムが需要を1つのインスタンスずつ追いかけるのではなく、継続的な成長を予測できるように、オーバープロビジョニングバッファを設定します。フラッシュセールやバイラルイベントのような真に予測不能なスパイクに対しては、お客様のマーケティングまたは運用カレンダーからのイベント駆動型トリガーを使用して、事前にキャパシティをプロビジョニングします。

MicrocosmWorksは、Aurora Serverless、Neon、PlanetScaleのようなserverless databaseサービスを利用して、データベースにon-off scalingを適用します。これらのサービスは、アイドル時にcomputeをゼロにスケールし、ストレージは永続的で即座に利用可能な状態を保ちます。serverless databaseを利用できないstatefulなワークロードの場合、クエリ負荷に基づいてレプリカを追加・削除するread-replica scalingを実装し、最小限のprimary instanceを常に稼働させます。このハイブリッドアプローチにより、クライアントはシャットダウンおよび再起動サイクル中のデータベース状態管理の複雑さなしに、data tierのスケーリングによるコストメリットを得られます。

MicrocosmWorks は、Grafana または Datadog のダッシュボードを使用して、インスタンス数、スケーリングイベントのレイテンシー、失敗したスケーリング試行、およびリアルタイムでの目標キャパシティと実際のキャパシティのギャップを追跡する包括的なスケーリングの可観測性を展開しています。スケーリングの失敗、スケーリング上限が低すぎることを示唆する持続的な高使用率、および暴走スケーリングを示すコスト異常に対して、マルチチャネルアラートを設定します。当社のランブックには、クラウドプロバイダーのインスタンス制限に達する、または特定の可用性ゾーンでキャパシティ不足エラーに遭遇するなどの一般的な障害モードに対する自動修復が含まれています。

このアーキテクチャの実装に支援が必要ですか?

私たちのアーキテクトは、このパターンを使用してシステムを設計および構築し、特定の要件に対応するのをお手伝いできます。

お問い合わせ

オンオフスケーリングアーキテクチャは、ウォーム/コールドプーリング、ジョブキュー駆動型プロビジョニング、および自動ティアダウンを介してコンピューティングリソースを管理します。ウォームプールは、すぐに使用できる少数の事前初期化されたインスタンスを維持します。コールドプールは、需要がウォームプールを超える場合に、スポット/プリエンプティブルインスタンスから追加の容量をプロビジョニングします。ジョブオーケストレーターは、利用可能なインスタンスに作業をルーティングし、進行状況を監視し、スポットインスタンスの停止時の再試行を処理し、キューが空になったときにスケールダウンをトリガーします。このパターンは、コールドスタート(コンテナプル + モデルロード)に3〜10分かかる GPUワークロードにとって特に重要です。

参照アーキテクチャ

このシステムは、受信する作業リクエストをバッファリングするジョブキュー(SQS、Redis、またはカスタム)を中心にしています。スケーリングコントローラーはキューの深さを監視し、最初にウォームプールから、次にコールドプール(スポットインスタンス)からインスタンスをプロビジョニングします。各ワーカーインスタンスはキューからジョブをプルし、ワークロード(エンコーディング、トレーニング、推論)を実行し、完了を報告し、プールに戻るか終了します。チェックポイントマネージャーは、中間状態を S3 に保存することでスポットインスタンスの停止を処理し、別のインスタンスで最初からやり直すことなくジョブを再開できるようにします。

コアコンポーネント
  • ジョブキュー & スケジューラー: ジョブタイプごとに設定可能な同時実行制限を持つ優先順位付けされたジョブキュー。遅延実行、失敗したジョブのデッドレターキュー、および優先レーン(エクスプレスジョブはウォームプールインスタンスを取得し、スタンダードジョブはコールドプールを使用)をサポートします。複雑なワークフローには AWS SQS、Redis 上の BullMQ、または Temporal
  • ウォームプールマネージャー: GPUメモリにモデルがロードされ、コンテナが実行され、ヘルスチェックに合格した事前初期化された N 個のインスタンスを維持します。インスタンスはアイドル → 割り当て済み → 処理中 → アイドルと循環します。プールサイズは時間帯(営業時間中は大きく、夜間は小さく)によって設定可能であり、履歴の需要パターンに基づいて調整可能です
  • コールドプールプロビジョナー: スポットインスタンス(AWS)、プリエンプティブル VM(GCP)、またはサーバーレス GPUプロバイダー(RunPod、Modal、Salad)から追加の容量をプロビジョニングします。スポットインスタンスの割り込み通知を処理し、利用可能なインスタンスにジョブを移行します。多様なインスタンスタイプ戦略(複数の GPUタイプ、複数の AZ)を使用してスポットインスタンスの可用性を最大化します
  • チェックポイント & リカバリー: 長時間実行ジョブ(MLトレーニング、大規模動画エンコーディング)の場合、定期的なチェックポイントにより中間状態を S3 に保存します。スポットインスタンスの停止時には、ジョブは再キューイングされ、最後のチェックポイントから再開されます。短時間ジョブ(10分未満)の場合、チェックポイントのコストは再起動のコストを超えるため、これらのジョブは最初から再試行されます

設計上の決定とトレードオフ

ウォームプールサイズ。ウォームプールは、コスト(アイドルインスタンスへの支払い)とレイテンシー(最初のジョブのコールドスタート時間)の間のトレードオフです。MW はキュー到着パターンに基づいてウォームプールサイズを決定します。ジョブが営業時間中に継続的に到着する場合、ウォームプールは平均スループットをカバーし、コールドプールがピークをカバーします。ジョブが予測不能なバーストで到着する場合、コールドプールがプロビジョニングされている間、より小さなウォームプールを維持し、最初のバーストジョブのコールドスタートレイテンシーを受け入れます。 スポットインスタンス vs. サーバーレス GPU(RunPod/Modal)。スポットインスタンスは時間あたりのコストは安いですが、プロビジョニング、停止処理、インスタンスライフサイクルの管理が必要です。サーバーレス GPUプロバイダー(RunPod Serverless、Modal、Banana)はプロビジョニングを処理し、秒単位の課金を提供しますが、コンピューティング秒あたりの料金は高くなります。MW は、予測可能で長時間実行されるワークロード(30分以上)にはスポットインスタンスを使用し、プロビジョニングのオーバーヘッドが支配的になる短時間でバースト的なジョブ(10分未満)にはサーバーレス GPU を使用します。 スケールダウンの積極性。スケールダウンが速すぎると、次のジョブが到着したときにコールドスタートペナルティが発生します。スケールダウンが遅すぎると、アイドルインスタンスに費用を支払うことになります。MW は「減衰を伴うクールダウン」戦略を実装しています。キューが空になった後、インスタンスは設定可能な期間(デフォルト: 10分)ウォーム状態を維持します。新しいジョブが到着しない場合、インスタンスは段階的にスケールダウンします(10分で50%、30分で残り)。クールダウン期間はチューニング可能であり、到着間隔時間統計に基づいて自動調整されます。 GPUモデルロードの最適化。ML推論の場合、コールドスタートのボトルネックは、コンテナ起動ではなく、モデルロード(S3からのダウンロード + GPUメモリへのロード)であることがよくあります。MW はこれを、(a) モデルをコンテナイメージに事前に組み込む(小規模モデルの場合)、(b) モデルキャッシュを備えた共有 NVMeストレージをインスタンス間で利用する(大規模モデルの場合)、および (c) GPUメモリにモデルがプリロードされたウォームプールインスタンスを維持する、ことによって最適化します。

技術選定

レイヤー技術
コンピューティングAWS EC2 Spot (G5/P4), GCP Preemptible (A2/L4), RunPod Serverless, Modal
オーケストレーションKubernetes (Karpenter for autoscaling), AWS Batch, custom job orchestrator
ジョブキューAWS SQS, BullMQ (Redis), Temporal, Celery
ストレージS3 (チェックポイント, モデルアーティファクト), NVMe (モデルキャッシュ), EFS (共有ワークスペース)
モニタリングCloudWatch/Prometheus (キューの深さ, インスタンスの利用率, ジョブのレイテンシー), カスタムコストダッシュボード

使用すべきケース / 避けるべきケース

使用すべきケース避けるべきケース
ワークロードがバースト性を持つ — ピーク需要が平均需要の5倍以上トラフィックが安定しており予測可能である — 適切なサイズのリザーブドインスタンスの方が安価
アイドル時に費用がかかる GPU/高計算ジョブワークロードがサーバーレス(Lambda)に適した軽量な CPU処理である
ジョブがコールドプールプロビジョニングのための1〜5分のコールドスタートを許容できる1秒未満のジョブ開始レイテンシーが要求される — 常時稼働のインフラストラクチャが必要
コスト最適化が主要な懸念事項であり、スポット料金が60〜90%の節約を提供するスポットインスタンスの割り込みが、チェックポイントで軽減できないデータ損失を引き起こす場合

私たちのアプローチ

MW は「ジョブごとのコスト」の視点からオンオフスケーリングを設計しています。異なるスケーリング戦略にわたる1単位の作業(1つの動画、1回のトレーニング実行、1回のバッチ推論)を処理する総コストをモデル化し、必要なレイテンシー SLA でコストを最小化する戦略を選択します。私たちの実装には、ジョブごとのコスト、インフラストラクチャの利用率、およびスポットインスタンスによる節約を示すリアルタイムコストダッシュボードが含まれています。リザーブドインスタンスと比較して動画処理コストを70%削減したオンオフ GPUインフラストラクチャや、4時間のトレーニング実行のために64個の GPU をプロビジョニングし自動的に解放する MLトレーニングクラスターを構築してきました。

関連するブループリント

  • AIワークロードのための GPUクラスターオーケストレーション — MLトレーニングのための GPUプロビジョニングとオーケストレーション
  • リアルタイム AIビデオ監視システム — 動画分析イベントのためのバースト推論
  • ライブスポーツハイライトジェネレーター — バーストコンピューティングによるイベント駆動型動画処理

関連するケーススタディ

  • オンオフパターン動画処理 — 動画エンコーディングワークロードのためのウォーム/コールドプールによる GPUプロビジョニング
  • 動画エンコーディングプラットフォーム — オートスケールされたワーカープールによるサーバーレスおよびスポットベースのエンコーディング
Related Technologies
クラウドソリューションAI開発
Infrastructure

セキュリティ・ファースト・アーキテクチャ

セキュリティは、ローンチ後に付け加える機能ではありません。それはアーキテクチャの特性であり、システムがそのために設計されたか、されなかったかのどちらかです。

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Infrastructure

Serverless優先アーキテクチャ

使用した分だけ支払い、使用しない時はゼロにスケールし、サーバーの管理を完全にやめます。ただし、経済的メリットがなくなる時を把握しておく必要があります。

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