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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。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)が、ネットの限界突破へ向けた道を切り開く。

 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年間に渡って進化し、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に伴い、電力消費量が増える課題に直面しているからだ(図1)。

図1 インターネットは岐路に
図1 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。(図:左上は米Cisco、右上は科学技術振興機構低炭素社会戦略センター、下はPIXTA)
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 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ている。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注1)

注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年に調査したレポートによると、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されなかった場合、2030年に2016年の実に5000倍になるとする注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。

注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年に渡り、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。

 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みえ、動作周波数と消費電力の面で進化の壁に直面する(図2)。

図2 過去50年に渡って情報通信産業を支えてきたムーアの法則が限界に
図2 過去50年に渡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。(図: https://github.com/karlrupp/microprocessor-trend-data)
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 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ついておらず、いずれ壁に直面するとインテルは指摘する。