IoTの省電力・高速化に向けた不揮発性マイコン低電力化及びMemcached高速化アーキテクチャの研究
金 多厚
2014 年度 卒 ／修士（工学）
修士論文の概要
近年、IoT(Internet of Things、モノのインターネット)に関する技術が注目されており、人間生活に関わる全ての物がインターネットに接続されようとしている。また、IoTの発展により、様々な分野でIoTが実現されていくと、今までより多くの物から情報を集め、分析することができるようになる。それにより、今までのない人間生活に有用なサービスや情報を生み出せると期待されている。IoTに相当する概念は新しいものではなく、以前から議論されてきたものである。しかし、近年になってから大きく注目され、実現され始まっているのは、IoTを支えるプラットフォームの省電力・高速化テクノロジーの進歩が大きな影響を与えている。実際にIoTを様々な分野で実現されていくと、インターネットに接続されるものが増えていき、処理すべき情報の量が爆発的に増大する。したがって、様々な分野でのIoT実現に向け、今後もIoTを支えるプラットフォームの省電力・高速化が必要である。
また、IoTを支えるプラットフォームは、大きく分けて2つに分けられる。一つは、環境に散在し、インターネットに接続されることになる物(Things)であり、もう一つは物から集められた情報を分析し、有用な情報に加工するサーバである。物(端末)に関しては、ボタン電池や太陽光発電等によって得られる少量のエネルギーで長時間の駆動が要求されるため、高速化より第一に低電力化がサーバに関しては、IoTの実現により、サーバで処理する情報量が爆発的に増えるため、より高速な情報処理が要求される。そのため、サーバは第一に高速化が重要である。
このような背景から本研究では、サーバ側の高速化及び端末側の低電力化を実現するアーキテクチャを開発することにした。具体的には、サーバの処理であるMemcached処理のハードウェア化及び二重キャッシングによる高速化アーキテクチャと、不揮発性マイコンの低電力化を目的とした透過型命令キャッシュアーキテクチャの開発研究を行った。また、各アーキテクチャに関する評価も行い、実用性も示す。本研究で提案するMemcached処理のハードウェア化及び二重キャッシングによるMemcached高速化アーキテクチャでは、レイテンシが約3.5倍改善され、スループットが約5倍から9倍まで改善されることになった。また、透過型命令キャッシュアーキテクチャでは、不揮発性マイコンの不揮発性メモリで消費される電力の割合が30%から70%であると、透過型命令キャッシュの導入により、約10%から52%低電力化されることになった。