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 インターネットが岐路に差し掛かっている。人工知能(AI)の浸透でデータ計算量が爆発的に増え、このままでは消費電力増に歯止めがかからないからだ。ここに来て、課題を乗り越える技術として、光技術に注目が集まっている。NTTは、電子技術(エレクトロニクス)と比べて省エネルギーという特性を持つ光技術(フォトニクス)を切り札に、ネットの限界突破へ向けた道を切り開こうとしている。

 音声からテキスト、映像に至るあらゆる情報を運ぶインフラとして過去30年間にわたって進化し、世界に革命をもたらしてきたインターネット。そのインターネットが岐路に差し掛かっている。ネットを流通するデータ量の爆発的増加に伴い、電力消費量が増える課題に直面しているからだ。

インターネットは岐路に
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インターネットは岐路に
急増するIPトラフィックに対し省電力対策をしなかった場合、世界のIT消費電力は2050年には5000倍に膨れ上がるという予測がある(出所:左は米Cisco、右は科学技術振興機構低炭素社会戦略センター、下の画像はPIXTA)

 米Cisco(シスコ)の調べによると、世界を流通するIPトラフィックは年平均26%で拡大し、2022年には月当たり396E(エクサ)バイトに達すると予測する。深層学習(ディープラーニング)の浸透もデータ量の爆発に拍車をかける。人工知能(AI)が利用するデータ量は、この5年間で30万倍に拡大したという調査結果もある*1

*1 https://blog.openai.com/ai-and-compute/ 参照。

 データ量が増えるほど情報処理の計算量が拡大し、電力が必要になる。科学技術振興機構低炭素社会戦略センターが2019年に調査したリポートによると、世界のIT関連の消費電力量は、現在の技術のまま省エネルギー対策がされなかった場合、2030年に2016年の実に5000倍になるとする*2。現在の世界の消費電力が約24000TWh/年であるため、それと比べても約200倍である。

*2 エッジ・コンピューティングで処理を分散する手法も消費電力低減に有効だ。データセンターでの省電力化の取り組みも進んでおり、トラフィック増に対してデータセンターの電力消費は抑えられているという調査結果もある(https://www.iea.org/reports/data-centres-and-data-transmission-networks)。

 これまでは、過去50年にわたり、電子産業をけん引してきたムーアの法則によって消費電力の爆発を抑えられた。微細化技術の進展でCPU性能が1年半で2倍になることから、データ量が増えても性能向上で電力消費を抑えられたからだ。

過去50年にわたって情報通信産業を支えてきたムーアの法則が限界に
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過去50年にわたって情報通信産業を支えてきたムーアの法則が限界に
特に動作周波数や電力消費の頭打ちが目立ってきた。NTTは高速かつ低消費電力で動作する光技術を情報処理に活用し、限界突破を目指す構想を打ち出した(出所:https://github.com/karlrupp/microprocessor-trend-data)

 だがここに来てAI需要に伴うデータの爆発は、ムーアの法則による性能進化ではカバーできないペースになってきた。さらにムーアの法則自体も、さらなる微細化に陰りが見え、動作周波数と消費電力の面で進化の壁に直面する。コンピューターの構造自体にも壁が見えている。例えばCPUと他の電子回路を結ぶI/O部分だ。米Intel(インテル)によると、計算需要の増大によってI/O部分の帯域幅は、3年で2倍のペースで増え続けているという。消費電力の効率化が追い付いておらず、いずれ壁に直面するとインテルは指摘する。

フォトニクスで限界突破

 インターネットのデータ爆発とそれに伴う電力消費量の増大――。これらは世界のインターネットや情報処理基盤を支える、半導体産業に突きつけられた課題といえる。NTTは、そんな世界のインターネットや半導体産業の課題を克服しようと、これまでにない規模の大勝負を仕掛けている。それが2019年に公表した「IOWN(Innovative Optical and Wireless Network)」構想だ。

IOWN構想の全体像
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IOWN構想の全体像
サイバーフィジカル融合時代の情報通信全体に広がる壮大な構想といえる。多数の要素技術で構成する(作成:日経クロステック、写真はPIXTA)

 「今後AIがさらに使われるようになると、膨大なデータが飛び交う世界になる。今の(電子を使った)半導体がボトルネックになる。NTT研究所が取り組んできた半導体を光化する技術でゲームチェンジできる」。IOWN構想の発案者であるNTT代表取締役社長の澤田純氏はこう力を込める。

 IOWN構想とは、低消費エネルギーという特徴を持つ光技術を、第5世代移動通信(5G)の次を見据えた「Beyond 5G/6G」時代のコンピューティング基盤から通信に至るまで活用。現在の世界の情報通信基盤を根こそぎ変革していこうという壮大な構想だ。目標とする電力効率は現在の実に100倍。伝送容量も同125倍、エンド・ツー・エンドの遅延も同1/200と、極めて野心的な目標を掲げている。