IOWN（アイオン）光電融合技術で大容量・高速・省電力なネットワーク社会 : サイエンスジャーナル

　IOWN　構想とは

　最先端の光技術などを使って豊かな社会を創るためのネットワーク基盤構想のこと。IOWN®構想では、現在のネットワークインフラでは実現できない、新たな世界、豊かな社会を実現する革新的な取り組み。

　NTTが発明した「光電融合技術」を用いることで大容量、低遅延、低消費電力を兼ね備えた革新的なネットワーク基盤・情報処理基盤の構築を目指す、3つの技術的な要素で構成されている。

　1つめの「オールフォトニクス・ネットワーク」は、ネットワークから端末まで、すべてにフォトニクス（光）ベースの技術を導入することで、現在のエレクトロニクス（電子）ベースの技術では困難な圧倒的な低消費電力、高品質・大容量、低遅延の伝送を実現するもの。実現すれば1秒間に1,000テラbpsの通信が可能となり、いまの5Gをはるかに超える速度で大容量データのダウンロードなどが可能になる。

　2つめの「コグニティブ・ファウンデーション®」は、クラウドやネットワークサービスに加え、すべてのICTリソースを全体最適に調和させて、必要な情報をネットワーク内に流通させるマルチオーケストレータです。加えて自動化・自律化によりシステムが自ら情報を収集し、考えて進化していく特長もある。

　たとえば、台風の勢力や進路といった気象情報にもとづく対策立案を災害発生前に実行することも可能になる。

　3つめの「デジタルツインコンピューティング®」は、サイバー空間上での、モノやヒト同士の高度かつリアルタイムなインタラクションを含めた大規模シミュレーションにより、未来を予測する。

　実世界におけるヒト・モノ・社会に関する高精度なデジタル情報の掛け合わせにより、従来のICTの限界を超えた大規模かつ高精度な未来予測や新たな価値を持った高度なコミュニケーションの実現を目指す。

　たとえば、実世界に存在するすべてのクルマの位置情報をデジタル世界で管理・制御できるようになると、障害物情報や渋滞原因を特定し、事故や渋滞を未然に防ぐ取り組みなどが可能になる。

　新たなテクノロジー「光の半導体」とは何か？　

　ほぼすべての電子機器に「半導体」が使用されている。この半導体を、電気ではなく「光」で制御することで、電子機器の消費電力の大幅な削減が見込まれる。

　我々の暮らしに欠かせないもののひとつに「半導体」がある。　半導体は、電気を通す物質である「導体」や、電気をまったく通さない物質「絶縁体」とは異なり、条件によって電気を通す／通さないを切り替えることができる物質のこと。さまざまな電化製品の制御装置に使用されており、自動車やパソコン、スマートフォンや医療機器などにも搭載されている。

　半導体は、データセンターに設置されているサーバーやネットワーク機器にも使用されている。　データセンターには、さまざまな企業のデータが保存されており、そのデータにユーザーがアクセスするたびに、データセンター内のコンピューターの半導体に電気が通り、計算処理が行われる。そのため、大量のデータ通信が発生した場合、その消費電力は莫大なものになる。

　国際エネルギー機関（IEA）の調べによると、2026年におけるデータセンターの電力消費量は、2022年比で最大2.3倍になるとの試算を示した。背景には、生成AIの利用拡大によって、データセンターにおける機器の計算処理が増加していることがあるという。

　このまま生成AIの利用が拡大すれば、データセンターにおける電力消費量もさらに増加し、我々人類が暮らしていくうえで必要な電力が、データセンターに奪われる恐れも十分に考えられる。

　電力コストを大幅削減！効率的な国産データセンター運用を実現

　Green Nexcenter®は、高効率な冷却システムと最適な電力管理により、消費電力を大幅に削減。電力コストを抑えながら、安定したデータセンター運用を実現する。

　電気を使う機器の宿命「熱」をどうするか？　データセンターにおいて電力消費量が増加するということは、「熱」という別の問題も発生することになる。

　コンピューターは、半導体に流す電気の回路のオンとオフを切り替えて、計算処理を行う。そのため、生成AIが処理を行う場合、データセンター内のコンピューターでは、オンとオフの処理が何度も繰り返される。

　ただし、電気が回路を流れることで、どうしても熱が発生するため、コンピューターは熱を帯びる。すると、電気の通り道の抵抗も大きくなり、計算速度はさらに低下していく。処理速度が低下し、処理時間が長時間に及ぶと、今後は電気が回路を流れる時間も長くなり、コンピューターはさらに熱を帯び、処理速度はさらに低下……という悪循環を繰り返すことになる。

　もちろん、発生した熱はエアコンなど冷却装置で冷ますことも可能だが、そうした装置を動かすにも電気が必要。データセンター全体の消費電力量もさらに増加することにつながる。

「光の半導体」がデータセンターを内側から変える

　こうしたデータセンターにおける電力消費と熱の悪循環を断ち切るテクノロジーとして、「光電融合（こうでんゆうごう）」という技術が生まれつつある。

　光電融合とは、従来は半導体に電気を通すことで行ってきた電子機器の制御を、電気ではなく「光」で制御するテクノロジーのこと。電気信号を扱う回路と光信号を扱う回路を融合することから、「光半導体」と呼ばれることもある。

　この光電融合技術をデータセンターに用いることで、これまで電気で行なっていた計算処理が、光で置き換えられるようになる。光は電気よりもエネルギー消費が少なく、遅延も起きにくいという特徴があるため、エネルギーの無駄遣いや処理の遅れを減らすことが可能。さらに、電気ではなく光を使用するため、熱の発生も抑えられる。

　光電融合技術はNTTグループが推進しており、データセンターに光電融合技術が備わることで、現在の最先端データセンターと比較して、40%以上の省エネが実現できるとしている。

　今後の光電融合技術のロードマップとしては、2024年にコンピューターの計算に使用するチップと周辺部品を光でつなぐ技術を確立し、2025年にチップ同士の光による接続、2030年に光で計算する「光電融合チップ」の実用化を目指している。

　あらゆるデータの増加に伴い、通信料や消費電力の増大が課題。その課題に次世代情報通信基盤IOWNを用いて、社会変革を促すために構想から社会実装まで取り組んでいる。

　光電融合技術で“低カロリー化”する

　NTTではこの光電融合技術を、同社が掲げる「IOWN構想」を実現するためのテクノロジーとしている。IOWNとは「Innovative Optical and Wireless Network」の略で、「光」を中心とした革新的技術を活用することで、従来のインフラの限界を超えた高速大容量通信や膨大な計算リソースを提供するネットワーク・情報処理基盤の構想。2024年に仕様を確定し、2030年のIOWN実現を目指している。

　技術が進化すればするほど、その技術を動かすための電力が必要になる。しかし、その消費電力があまりに大きいと、人間の生活に必要だった電力を使うことになり、世界的に電力不足が発生する恐れがある。

　光電融合技術は、このような最先端の技術が搭載された機器の中に入り、光の力で省エネ化する役割を担っている。現在は大量の電力を消費するデータセンターも、“低カロリー”で稼働させることも可能。

　半導体は、我々人類の暮らしを便利にする貴重な技術だが、その半導体を便利に変える光電融合技術もまた、我々の暮らしに欠かせないものになりそうだ。