HCI là gì? Khám phá hạ tầng siêu hội tụ (Hyper-converged infrastructure)

Khi hạ tầng CNTT ngày càng phức tạp, doanh nghiệp cần một mô hình có thể hợp nhất tài nguyên và đơn giản hóa quá trình quản lý. Đây cũng là lý do Hyperconverged Infrastructure ngày càng được quan tâm. Vậy HCI là gì, mô hình này hoạt động như thế nào và mang lại những lợi ích gì? Cùng VNPT Cloud tìm hiểu qua bài viết này.

Hyperconverged Infrastructure (HCI) là gì?

Hyperconverged Infrastructure (HCI), hay hạ tầng siêu hội tụ, là mô hình hạ tầng theo hướng Software-Defined Data Center (SDDC), sử dụng công nghệ ảo hóa để hợp nhất các tài nguyên điện toán (compute), mạng (networking) và lưu trữ (storage) trong một hệ thống duy nhất. Toàn bộ hệ thống được quản lý tập trung thông qua một lớp phần mềm.

Khác với trung tâm dữ liệu truyền thống, nơi từng chức năng thường được triển khai trên các thiết bị phần cứng riêng biệt, HCI sử dụng máy ảo (Virtual Machine – VM) để trừu tượng hóa các thành phần hạ tầng và vận hành chúng trên các loại phần cứng phổ thông có sẵn trên thị trường (commodity hardware).

Nhờ cách tiếp cận này, hạ tầng siêu hội tụ HCI giúp đơn giản hóa việc quản lý và vận hành trung tâm dữ liệu. Đây có thể là một giải pháp on-premises có hiệu năng cao và tối ưu chi phí, thay thế cho mô hình trung tâm dữ liệu truyền thống hoặc một số nhu cầu sử dụng public cloud.

Nhu cầu xây dựng trung tâm dữ liệu để hỗ trợ tăng trưởng kinh doanh cũng đang thúc đẩy thị trường HCI phát triển. Theo Fortune Business Insights, quy mô thị trường Hyperconverged Infrastructure toàn cầu đạt 9,66 tỷ USD năm 2023 và được dự báo tăng từ 11,98 tỷ USD năm 2024 lên 61,49 tỷ USD vào năm 2032, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) 22,7%.

Các thành phần chính của HCI

Hyperconverged Infrastructure (HCI) và các mô hình hạ tầng CNTT truyền thống như Converged Infrastructure (CI) hay non-converged infrastructure đều sử dụng nhiều thành phần khác nhau để duy trì hoạt động của hệ thống. Tuy nhiên, điểm khác biệt của HCI nằm ở cách các thành phần này được triển khai và quản lý.

Thay vì sử dụng nhiều thiết bị phần cứng vật lý riêng biệt cho từng chức năng, HCI ảo hóa các thành phần hạ tầng và hợp nhất chúng trên cùng một hệ thống phần cứng.

Các tài nguyên của HCI như năng lực xử lý, dung lượng và lưu trữ bao gồm NAS, SAN hoặc flash storage dựa trên NVMe có khả năng mở rộng và phù hợp với môi trường cloud-native. HCI có thể scale up để tăng tổng tài nguyên hạ tầng hoặc scale out nhằm mở rộng hiệu suất và tài nguyên của hệ thống.

Bên cạnh việc ảo hóa các thành phần hạ tầng truyền thống, HCI còn sử dụng một số thành phần phần mềm để tạo nên kiến trúc siêu hội tụ hoàn chỉnh.

Hypervisor

Hypervisor là lớp phần mềm chuyên dụng chịu trách nhiệm quản lý workload trong hệ thống HCI. Hypervisor tạo và vận hành các máy ảo (Virtual Machine – VM), giúp biểu diễn và sử dụng các tài nguyên phần cứng dưới dạng môi trường ảo hóa.

Node

Trong môi trường HCI, node là một đơn vị độc lập bao gồm các tài nguyên compute, storage và networking. Nhiều node có thể hoạt động cùng nhau để hình thành một môi trường hạ tầng CNTT ảo hóa và thống nhất.

Compute

Thành phần compute cung cấp tài nguyên xử lý để chạy máy ảo và ứng dụng trên nền tảng Hyperconverged Infrastructure.

Software-Defined Networking (SDN)

Thành phần mạng trong mỗi node sử dụng Software-Defined Networking (SDN) để hỗ trợ giao tiếp giữa các node và truyền dữ liệu trong hệ thống HCI.

Software-Defined Storage (SDS)

Software-Defined Storage (SDS) có nhiệm vụ trừu tượng hóa và ảo hóa lớp lưu trữ vật lý bên dưới của trung tâm dữ liệu.

Đây là một thành phần quan trọng của hyperconverged storage, giúp giảm nhu cầu sử dụng các hệ thống lưu trữ chuyên dụng riêng biệt, đồng thời cho phép phân bổ tổng tài nguyên lưu trữ hiệu quả hơn.

Cơ chế này có thể được áp dụng với cả ổ SSD truyền thống và lưu trữ NVMe (Non-Volatile Memory Express).

Hyperconverged Infrastructure (HCI) hoạt động như thế nào?

Hyperconverged Infrastructure (HCI) hoạt động dựa trên việc tích hợp và ảo hóa các tài nguyên CNTT trong một nền tảng thống nhất. Một hệ thống HCI thường gồm bốn thành phần phần mềm chính:

• Ảo hóa lưu trữ (Storage virtualization) 
• Ảo hóa tài nguyên tính toán (Compute virtualization)
• Mạng lưu trữ (Storage networking)
• Quản lý nâng cao (Advanced management)

Phần mềm ảo hóa sẽ trừu tượng hóa, hợp nhất và phân bổ tài nguyên linh hoạt cho các ứng dụng chạy trên máy ảo (VM) hoặc container. HCI thường kết hợp máy chủ tiêu chuẩn ngành (industry-standard servers), thiết bị lưu trữ gắn cục bộ và một lớp phần mềm phân tán để thay thế các hệ thống hạ tầng truyền thống vốn phức tạp và tách rời.

Nhờ đó, doanh nghiệp có thể phân bổ tài nguyên phù hợp với từng workload và mở rộng hệ thống linh hoạt theo nhu cầu thực tế.

Bên cạnh việc tích hợp compute và storage, HCI còn cung cấp giao diện quản lý tập trung, cho phép quản trị viên theo dõi và quản lý máy chủ, lưu trữ và mạng từ một nền tảng duy nhất thay vì sử dụng nhiều công cụ riêng biệt.

Sự tích hợp chặt chẽ giữa các thành phần giúp HCI giảm thao tác quản trị thủ công, tối ưu hiệu suất và thích ứng nhanh với sự thay đổi của workload. Qua đó, doanh nghiệp có thể đơn giản hóa vận hành, nâng cao khả năng mở rộng và giảm chi phí hạ tầng.

Lợi ích của Hyperconverged Infrastructure

Mặc dù Hyperconverged Infrastructure (HCI) không phù hợp với mọi ứng dụng, mô hình này vẫn mang lại nhiều lợi ích so với các loại hạ tầng CNTT truyền thống. Đáng chú ý, HCI giúp tăng hiệu quả vận hành CNTT bằng cách tự động tập hợp tài nguyên và phân bổ chúng linh hoạt theo nhu cầu.

Đơn giản hóa quản lý hạ tầng

HCI tập trung các tài nguyên điện toán, lưu trữ, mạng và quản lý vào một nền tảng thống nhất. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể giảm độ phức tạp trong quản lý trung tâm dữ liệu, tinh gọn quy trình vận hành và hạn chế việc quản lý riêng lẻ từng hệ thống.

Việc quản lý tập trung cũng giúp giảm các thao tác thủ công, đồng thời đơn giản hóa quá trình cấp phát tài nguyên, nâng cấp và bảo trì hệ thống.

Linh hoạt và dễ dàng mở rộng

HCI hỗ trợ cả scale up và scale out, cho phép doanh nghiệp mở rộng hạ tầng theo nhu cầu thực tế. Tổ chức có thể bổ sung node vào cluster hoặc tăng tài nguyên compute, storage và networking khi workload thay đổi.

Với mô hình disaggregated HCI, compute và storage còn có thể được mở rộng độc lập, giúp việc phân bổ tài nguyên linh hoạt hơn.

Tối ưu hiệu suất và sử dụng tài nguyên

HCI có khả năng tự động tập hợp và phân bổ tài nguyên dựa trên nhu cầu của workload, qua đó giúp tăng hiệu quả sử dụng hạ tầng.

Khi sử dụng phần cứng tiêu chuẩn ngành có hiệu năng cao, HCI có thể cung cấp thông lượng cao và độ trễ thấp, giúp các ứng dụng quan trọng duy trì hiệu suất ổn định đồng thời tối ưu hiệu quả sử dụng tài nguyên lưu trữ.

Tăng khả năng bảo vệ dữ liệu

Thông qua việc tập trung data replication và sử dụng cơ chế tự động hóa, HCI có thể cải thiện khả năng phục hồi và bảo mật dữ liệu.

HCI cũng hỗ trợ tối ưu quá trình disaster recovery, giúp tăng tốc độ khôi phục hệ thống và giảm thời gian gián đoạn khi xảy ra sự cố.

Những thách thức của HCI

Bên cạnh nhiều lợi ích, Hyperconverged Infrastructure (HCI) cũng có một số hạn chế doanh nghiệp cần cân nhắc khi triển khai:

• Chi phí: HCI có thể yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu cao do cần mua phần cứng mới. Ngoài ra, doanh nghiệp còn phải tính đến chi phí bản quyền, bảo trì và các tính năng đi kèm tùy theo nhà cung cấp.
• Hạn chế khi mở rộng: Do compute và storage thường được tích hợp trong cùng một node, doanh nghiệp có thể phải mở rộng cả hai cùng lúc. Nếu chỉ cần bổ sung một loại tài nguyên, việc thêm node mới có thể gây dư thừa tài nguyên.
• Bảo trì và tích hợp: HCI thường do doanh nghiệp trực tiếp sở hữu, vận hành và bảo trì. Việc tích hợp với hạ tầng cũ, thiết lập server node và môi trường ảo hóa cũng đòi hỏi đội ngũ IT có chuyên môn phù hợp.
• Bảo mật: Nếu cấu hình hoặc quản lý không đúng cách, HCI có thể phát sinh lỗ hổng bảo mật. Vì vậy, đội ngũ IT cần thực hiện các biện pháp tăng cường bảo mật và kiểm soát cấu hình hệ thống.

Các ứng dụng phổ biến của HCI

Hyperconverged Infrastructure (HCI) là mô hình hạ tầng CNTT có khả năng thích ứng cao, phù hợp với nhiều loại workload và nhu cầu vận hành khác nhau. Nhờ khả năng hợp nhất tài nguyên, đơn giản hóa hạ tầng và mở rộng linh hoạt, HCI được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế, tài chính, bán lẻ, sản xuất, VDI, Edge Computing, Multicloud và AI.

HCI trong lĩnh vực y tế

Trong y tế, HCI hỗ trợ hiện đại hóa và tối ưu hạ tầng trung tâm dữ liệu bằng cách hợp nhất các hệ thống vốn tách biệt.

HCI có thể giúp đơn giản hóa việc quản lý hồ sơ sức khỏe điện tử, hỗ trợ tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt của ngành, đồng thời giúp dữ liệu bệnh nhân dễ lưu trữ, truy cập và bảo vệ hơn.

Đối với các cơ sở giáo dục và nghiên cứu y khoa, HCI còn cung cấp hạ tầng hiệu năng cao cho các môi trường học tập ảo, giúp sinh viên, giảng viên và nhà nghiên cứu truy cập tài nguyên thuận tiện hơn.

HCI trong dịch vụ tài chính

Nhờ khả năng mở rộng và tính linh hoạt, HCI được sử dụng trong lĩnh vực tài chính để triển khai nhanh các ứng dụng quan trọng như:

• Nền tảng ngân hàng trực tuyến
• Hệ thống giao dịch
• Công cụ quản lý rủi ro

So với hạ tầng truyền thống, việc mở rộng HCI có thể được thực hiện nhanh hơn mà không cần phụ thuộc vào các phần cứng chuyên dụng có chi phí cao, từ đó hỗ trợ nâng cao hiệu quả vận hành.

HCI trong lĩnh vực bán lẻ

Trong bán lẻ, HCI giúp tích hợp và quản lý nhiều hệ thống khác nhau trên một hạ tầng thống nhất.

Khả năng phân bổ tài nguyên linh hoạt của HCI hỗ trợ các hoạt động như:

• Quản lý hàng tồn kho
• Quản lý quan hệ khách hàng (CRM)
• Quản lý chuỗi cung ứng (SCM)

HCI cũng giúp kết nối hoạt động kinh doanh trực tuyến với cửa hàng vật lý, qua đó hỗ trợ doanh nghiệp cải thiện trải nghiệm khách hàng và tối ưu hoạt động bán hàng.

HCI trong sản xuất

Trong lĩnh vực sản xuất, HCI có thể hỗ trợ các tác vụ yêu cầu nhiều tài nguyên như quản lý sản xuất, hàng tồn kho và logistics. Khả năng sử dụng tài nguyên hiệu quả và mở rộng linh hoạt giúp doanh nghiệp sản xuất thích ứng tốt hơn với sự thay đổi về workload và nhu cầu thị trường.

Các ứng dụng HCI phổ biến trong doanh nghiệp

Ngoài các lĩnh vực như y tế, tài chính, bán lẻ và sản xuất, HCI còn được ứng dụng trong nhiều môi trường CNTT hiện đại nhờ khả năng quản lý tập trung, mở rộng linh hoạt và tối ưu tài nguyên.

• Virtual Desktop Infrastructure (VDI): HCI phù hợp để triển khai hạ tầng máy tính để bàn ảo nhờ khả năng mở rộng và vận hành hiệu quả. Mô hình này có thể giúp cải thiện trải nghiệm người dùng và đơn giản hóa quá trình cấp phát desktop ảo.
• Remote Office/Branch Office (ROBO): HCI hỗ trợ các văn phòng hoặc chi nhánh nằm xa trụ sở chính thông qua giao diện quản lý tập trung. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể giảm nhu cầu bố trí nhân sự IT và nguồn lực hỗ trợ trực tiếp tại từng địa điểm.
• Ứng dụng hiệu năng cao: HCI được thiết kế để xử lý các workload yêu cầu tài nguyên lớn. Những tác vụ như phân tích dữ liệu hoặc mô phỏng nâng cao (advanced simulations) có thể tận dụng khả năng cung cấp compute và storage linh hoạt của HCI.
• Edge Computing: Với đặc điểm nhỏ gọn, có khả năng mở rộng và được ảo hóa, HCI phù hợp để xây dựng hạ tầng Edge Computing. Việc xử lý dữ liệu gần người dùng hơn giúp giảm độ trễ và hỗ trợ các ứng dụng cần phản hồi nhanh.
• Hybrid Cloud và Multicloud: Việc hợp nhất các thành phần hạ tầng giúp HCI tương thích với nhiều môi trường cloud khác nhau. Doanh nghiệp có thể kết hợp hạ tầng Private Cloud on-premises với các dịch vụ Public Cloud để triển khai chiến lược Hybrid Cloud hoặc Multicloud.
• Trí tuệ nhân tạo (AI): HCI cung cấp một nền tảng có khả năng mở rộng cho các AI workload, bao gồm huấn luyện, quản lý và triển khai. Việc tích hợp compute, storage và networking trong một hệ thống giúp xử lý lượng dữ liệu lớn theo thời gian thực hoặc gần thời gian thực cho các ứng dụng như Large Language Models (LLM) và các hệ thống AI khác.

Hiểu rõ HCI là gì giúp doanh nghiệp đánh giá liệu hạ tầng siêu hội tụ có phù hợp với nhu cầu hiện đại hóa trung tâm dữ liệu hay không. Với khả năng hợp nhất tài nguyên, quản lý tập trung và mở rộng linh hoạt, HCI có thể hỗ trợ nhiều workload từ VDI, Edge Computing đến Hybrid Cloud và AI, nhưng vẫn cần được cân nhắc dựa trên chi phí, khả năng mở rộng và yêu cầu vận hành thực tế.