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―圧縮アクセラレーターとして従来比1/30の超低消費電力を実現―
2019年8月20日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
ストリームテクノロジ株式会社
NEDOとストリームテクノロジ(株)は、センサーやデバイスから流れ続けるデータ(ストリームデータ)を一切止めること無く連続的にロスレス圧縮できる技術「LCA-DLT」を、大規模集積回路(LSI)に実装することに成功し、IoT向け小型コンピューター用の圧縮アクセラレーターとして従来比1/30という超低消費電力を実現しました。
今後、ストリームテクノロジ(株)は、開発したLSIの事業化を進め、IoTデバイスとクラウド間の通信の低消費電力化、高速化を目指します。
また、同社は、LCA-DLTを実装済のFPGAを搭載した「ストリームデータ圧縮評価キット」を開発、本日から販売を開始しました。
なお、ストリームテクノロジ(株)は、東京ビッグサイトで開催される「イノベーション・ジャパン2019」内NEDOゾーンに出展し、本成果に関するデモを実施します。
図1 開発したLSIチップ(ST-CLS-DC30-01)の外観
図2 ストリームデータ圧縮評価キット
(LCA-DLTを実装したFPGAを搭載)
ICT機器の間で交換される情報は、人の動きや経済情報、映像、音声といった流れ続けるデータ(ストリームデータ)であり、一度メモリやストレージに保存してから処理するのではなく、生み出された瞬間に処理しなければならないことが特徴です。今後、データ流量の大幅な削減は難しい一方で、大量に流れ続けるデータをICT機器の間で安定的に交換し続けるためには、より高速な情報の通信技術が必要になってきます。
2018年3月、国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)が、経済産業省およびIoT推進ラボと共催した、第5回先進的IoTプロジェクト選考会議(IoT Lab Selection)※1において、ストリームテクノロジ株式会社がファイナリストに選定されました。その後、NEDOとストリームテクノロジ(株)は、2018年度からIoT機器向けのデータ圧縮用大規模集積回路(LSI)をテーマとする研究開発※2に取り組み、ストリームデータ圧縮LSIの実装・評価と評価キットの開発を進めてきました。
そして今般、NEDOとストリームテクノロジ(株)は、センサーやデバイスからのストリームデータを一切止めること無く連続的にロスレス圧縮※3できる技術「LCA-DLT(Lowest Common Ancestor-Dynamic Lookup Table)※4」を、LSIに実装することに成功しました。これによりRaspberry Pi※5やArduino※6といったIoT向け小型コンピューター用の圧縮アクセラレーター※7として利用した場合、小型コンピューター搭載のプロセッサでLCA-DLTのアルゴリズムを実行した場合と比べて1/30という超低消費電力を実現しました。今後、ストリームテクノロジ(株)は、開発したLSIの事業化を進め、IoTデバイスとクラウド間の通信の低消費電力化、高速化を目指します。本技術の社会実装が進むことにより、バッテリー駆動型高精細監視カメラの実現や、モバイル端末のバッテリー持ちの改善と通信コストの削減が期待されます。
また、ストリームテクノロジ(株)は、LCA-DLTを実装済みのFPGA(Field Programmable Gate Array)※8を搭載した「ストリームデータ圧縮評価キット※9」を開発し、本日から販売を開始しました。ユーザーは、この評価キットとセンサーやデバイスを組み合わせて、LCA-DLTの圧縮効果を簡易に試行・評価できるようになります。
なお、ストリームテクノロジ(株)は、2019年8月29、30日の両日、東京ビッグサイトで開催される「イノベーション・ジャパン2019」内NEDOゾーンに出展し、本成果に関するデモを実施します。
従来はLCA-DLTを既存のFPGAに実装していましたが、FPGAでは使用しない回路も通電されてしまうため、圧縮・解凍時の消費電力の有効性が十分に発揮できませんでした。本事業では、LCA-DLTを必要最小限の回路で構成される専用ハードウェアとして設計することにより、低消費電力なハードウェアの圧縮システムとして、180nmプロセスでのLSI(開発モデルST-CLS-DC30-01)に実装することができました(図3)。
図3 LSI(ST-CLS-DC30-01)の配線(GDS)イメージ
(チップの大きさ:3mm角、64ピンQFPのパッケージに実装)
開発したLSIを用いて、4K画像の圧縮/解凍を行ったところ、一般的なIoT用小型コンピューターのプロセッサでLCA-DLTのアルゴリズムを使った場合に比べて、1/30の電力で圧縮、1/10の電力で解凍ができ、超低消費電力でストリームデータの縮小が可能であることを実証しました(図4)。
図4 4K画像の圧縮実験における消費電力比較
NEDO IoT推進部 担当:藤田、大宮 TEL:044-520-5211
ストリームテクノロジ(株) 総務部 担当:村田 E-mail:info@streamtechnology.co.jp
NEDO 広報部 担当:坂本、中里、佐藤 TEL:044-520-5151 E-mail:nedo_press@ml.nedo.go.jp
情報提供:JPubb