IoTデータを連続ロスレス圧縮できる「LCA-DLT」、ASIC化で消費電力は30分の1に：組み込み開発ニュース

NEDOとストリームテクノロジは、カメラやセンサーなどの末端機器から送信されるIoTデータを一切止めることなく連続的にロスレス圧縮できる技術「LCA-DLT」を組み込んだASICを試作した。同ASICを用いて4K画像の圧縮と展開を行ったところ、ソフトウェアベースで行うのと比べて消費電力は圧縮で30分の1、展開で10分の1に削減できたという。

[朴尚洙，MONOist]

開発したLCA-DLTのASIC 出典：NEDO

　NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）とストリームテクノロジは2019年8月20日、カメラやセンサーなどの末端機器から送信されるIoT（モノのインターネット）データを一切止めることなく連続的にロスレス圧縮できる技術「LCA-DLT（Lowest. Common Ancestor-Dynamic Lookup Table）」を組み込んだASICを試作したと発表した。同ASICを用いて4K画像の圧縮と展開を行ったところ、ソフトウェアベースで行うのと比べて消費電力は圧縮で30分の1、展開で10分の1に削減できたという。

　IoTの活用が広がる中で、カメラやセンサーなどから得られるデータの流量は増大している。5Gをはじめとする次世代の通信技術により高速化や広帯域化が図られているものの、流れ続けるデータ（ストリームデータ）は増大する一方であり、このストリームデータを取得した段階から高効率にロスレス圧縮し、送信先となるクラウドなどで展開する技術が求められていた。

　ストリームテクノロジが開発したLCA-DLTは、ストリームデータのロスレス圧縮を低消費電力で行うため技術だ。LCA-DLTの半導体回路への実装にはFPGAを用いていたが、LCA-DLTに使用しないFPGAの回路にも通電されてしまうため、圧縮、展開時における低消費電力性能を十分に発揮できないことが課題になっていた。そこで2018年度から、LCA-DLTの専用ICとなるASIC化に向けてNEDOと共同で開発を進めてきた。

ASICチップ内の配線イメージ 出典：NEDO

　今回開発に成功したASICは、LCA-DLTを必要最小限の回路で構成する専用ハードウェアとして設計しており180nmプロセスを採用している。チップサイズは3mm角で、端子数64本のQFPパッケージを採用した。

　一般的なIoT用小型コンピュータであるRaspberry PiやArduinoのプロセッサを用いてLCA-DLTのアルゴリズムをソフトウェアベースで実行し、4K画像の圧縮と展開を行ったところ、消費電力は圧縮時が10.2mWh、展開時が2.7mWhとなる。これに対して、開発したASICを用いると、消費電力は圧縮時が約30分の1の0.31mWh、展開時が約10分の0.3mWhとなった。

4K画像の圧縮と展開における消費電力の比較 出典：NEDO

　なお、ストリームテクノロジは今回の発表に併せて、FPGAに実装したLCA-DLTによりストリームデータ圧縮の効果を簡易に試せる「ストリームデータ圧縮評価キット」の販売を開始している。

「ストリームデータ圧縮評価キット」のイメージ 出典：NEDO