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研究開発

NTTグループは、より遠くの未来を見据えながら、新たな技術の開発を進めるとともに、研究開発体制の強化にも取り組んでいます。

IOWN

NTT R&Dは、究極のフェールセーフを実現するMaaSや究極の臨場感を実現するエンターテインメントサービス等、今のインターネットでは実現できない新しいスマート社会の到来を思い描いています。新たな世界の実現のためには、超低消費電力・高速信号処理の実現や、現実と同等以上の仮想世界と高度な予測技術の融合等、現状技術の延長では達成できないイノベーションが必要です。NTTグループは新たな世界を実現するIOWN(アイオン:Innovative Optical and Wireless Network)構想を提案し、その実現に向けて取り組んでいます。

What’s IOWN?

IOWNは、今のインターネットだけでは実現できない新たな世界を実現する革新的な構想です。

IOWNは主に、ネットワークだけでなく端末処理まで光化する「オールフォトニクス・ネットワーク」、サイバー空間上で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可能とする「デジタルツインコンピューティング」、それらを含むさまざまなICTリソースを効率的に配備する「コグニティブ・ファウンデーション」の3つで構成されます。

コグニティブ・ファウンデーションとデジタル・ツイン・コンピューティング、オールフォトニクス・ネットワークなどを繋ぐイメージ図:デジタル・ツイン・コンピューティング(クラウド・エッジ)と、ネットワークサービス(事業者A・B・C)、オールフォトニクス・ネットワークはそれぞれのCtrlとAPIで繋がり、かつそれぞれのCtrlは迅速なICTリソースの配置と構成の最適化を実現するマルチオーケストレータともAPIで繋がっている。ネットワークサービスはDevice Agentとも繋がっている。これらは公衆網とプライベートを含む光プロセッサ(光電融合型)と、ICTリソースを組み合わせてエンドーエンドに連携している。

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、チップの中にまで新たな光技術を導入することにより、これまで実現が困難であった超低消費電力化、超高速処理を達成します。

1本の光ファイバ上で機能ごとに波長を割り当てて運用することで、インターネットに代表される情報通信の機能や、センシングの機能等、社会基盤を支える複数の機能を互いに干渉することなく提供することができます。

NTTグループは、エレクトロニクスからフォトニクスの世界へシフトさせ、社会的課題の解決をめざします。

低消費電力では、、電力効率100倍(フォトニクス技術適用部分の電力効率の目標値)、電装媒体は光ファイバーケーブル、電装装置は光(波長)スルー、情報処理基礎は光電融合素子となっている。1/100の低消費電力で各種情報通信サービスを提供。大容量・高品質では、伝送容量125倍、1000[Tbps/ファイバ]の光ファイバ(独立した波長(光信号)が束になっている図)の図解、瞬きの間(0.3秒)に2時間の映画を1万本ダウンロード可能(5Gでは3秒で1本可能)。低遅延では、エンドエンド遅延1/200(同一県内で圧縮処理が不要となる映像トラヒックでの遅延の目標値)、波長単位で伝送・待ち合わせ処理不要・データの圧縮不要という特徴がある(波長Aは大容量動画(非圧縮)で波長Bは音声の場合、処置遅延なし)。デジタルテレビや衛星放送のような遅延なしに、リアルタイムで映像を伝送。

デジタルツインコンピューティングは、これまでのデジタルツイン技術を大きく発展させ、実世界のモノ・ヒトを表すさまざまなデジタルツインに対し交換・融合・複製等の演算を行い、それぞれのデジタルツインを掛け合わせることで、自在にモノ・ヒトのインタラクションを再現・試行する新たな計算パラダイムです。これによって、今までにない高精度な仮想社会が構築され、大規模かつ高精度な未来の予測・試行や、新たな価値を持った高度なコミュニケーション等を実現することが可能となり、世界中のさまざまな社会的課題の解決や革新的サービスの創出が期待できます。

IOWNにより、NTTグループが世界をどのように変えていくのか、今後にご期待ください。

IOWN構想の実現に向けて、具体的な技術ロードマップを策定し、技術開発を推進しています。IOWNを構成する主要技術について、2021年よりリファレンス方式を実現し、IOWN Global Forum, Inc.(以下、IOWN GF)に提案し検討を加速させるとともに仕様の整備を進めていきます。具体的には、IOWN GFホワイトペーパーに示された4つの技術の方向性に関連して、大容量低遅延データ通信方式、データセントリック型ICTインフラ、多地点・超高速・低遅延クラウドコンピューティング、ICTインフラにおけるエネルギー効率の飛躍的向上というテーマのもと、技術開発を推進していきます。

IOWN GF ホワイトペーパー・ロードマップは、CY2021の4期にRelease1アーキテクチャ、CY2023の2期にRelease1詳細技術仕様とRelease2アーキテクチャ、CY2024の4期にRelease2詳細技術仕様。技術仕様のうち大容量低遅延データ通信方法は、CY2021の4期まで非ICP/IPベースLayer4/Layer3高速化のリファレンス方式、CY2023の2期まで仕様装備。CY2023の2期まで光・無線の大容量化のための新たな概念、リファレンス方式。CY2024の4期まで仕様整備。データセントリック型ICTインフラの実現では、CY2021の4期まで低遅延データ交換・共有向けデータハブのリファレンス方式、CY2023の2期まで仕様整備、CY2024の4期までディスアグリゲーテッドコンピューティングに向けた拡張。多地点、超高速、低遅延クラウドコンピューティングの実現では、CY2021の4期まで高速低遅延なWAN回線による高速分散コンピューティングのリファレンス方式、CY2023の2期まで仕様整備。ICTインフラにおけるエネルギー効率の飛躍的向上では、CY2023の2期まで光データ伝送路をベースとしたディスアグリゲーテッドコンピューティングの基本概念とリファレンス方式、CY2024の4期まで仕様整備-1(データ伝送路仕様・モジュールコントローラI/F・オーケストレータプラグインI/F)、CY2025の4期まで仕様整備-2(セキュリティ管理方式・QoS管理方式・運用性強化等)

2020年1月にNTT、米Intel Corporation、ソニー株式会社が立ち上げたIOWN Global Forum, Inc.では、4月に4つの技術の方向性を示したホワイトペーパーを公開し、技術検討に着手しました。また現在、設立3社に加えて、国内外の企業26社が加盟しました(9月10日現在)。9月には、初めてのメンバーミーティングをオンラインで開催し、各国各社のメンバー間での交流、ワーキンググループでのユースケース、テクノロジー議論を行いました。

IOWN Global Forumのロゴ

今後、さらに多くの産業分野、地域のさまざまなパートナーの皆さまとともにIOWN構想の早期実現をめざしていきます。

IOWN構想を支える研究開発

多様なセンシングデータをリアルタイムに統合し、さまざまな未来予測を可能とする「4Dデジタル基盤™」

政府や多くの企業が、Society 5.0等で提唱されるようなサイバー空間とフィジカル空間を高度に融合させたシステムの実現をめざして研究開発に取り組んでいます。しかし、サイバー・フィジカルの融合において、すでに統計化されているデータや、位置・時刻の情報にズレがあるデータ同士を掛け合わせても、実世界の現象把握や未来予測の精度が高まらないケースもあります。

このような課題の解決に向け、4Dデジタル基盤は、緯度・経度・高度・時刻の4次元の情報を可能な限り精緻に、リアルタイムに把握・統合し、さまざまな産業分野に提供することで、社会的課題の解決や新たな価値創造をめざします。

4Dデジタル基盤は、株式会社ゼンリンと共同で整備する「高度地理空間情報データベース」上に、高精度な位置・時刻を持つセンシングデータをリアルタイムに統合し、高速に分析処理・未来予測を行います。

  • @ 4Dデジタル基盤の位置基点となる高度地理空間情報データベースの整備
  • A 位置・時刻が高精度なセンシングデータのリアルタイム収集
  • B 膨大なデータの高速処理と多様なシミュレーションによる未来予測

本基盤と、多様なIoTデータ、および各産業分野の基盤を組み合わせることで、道路交通の整流化、都市アセットの最適活用、社会インフラ維持管理等、さまざまな領域で活用可能性があると考えています。

暮らしを支える産業横断の基盤として、また、IOWN構想におけるデジタルツインコンピューティングを支える基盤として、NTT研究所の技術とNTTグループのノウハウ・アセットを活用し、2021年度からの機能の順次実用化と、機能拡充をめざしています。

4Dデジタル基盤の概念図(センシングデータを精緻に統合し未来予測をする産業横断基盤):既存の地図データ(豊富な意味情報と2D地図)と高精度3D空間情報(MMS(Mobile Mapping System))は4Dデジタル基礎の位置基点となる高度地理空間情報データベースの整備をし、高度地理空間情報データベースへ、さらに時系列にDデジタル基盤へ。センシングデータ(移動体センサーと環境センサー)は位置・時刻が高精度なセンシングデータのリアルタイム収集をし、リアルタイムに4Dデジタル基盤へ。これらのデータが集まった4Dデジタル基盤から、膨大なデータの高速処理と多様なシミュレーションによる未来予測がされ、多様な産業で活用される。

光情報処理集積回路をめざした全光スイッチングの実現

NTTと国立大学法人東京工業大学は、ピコ秒(1兆分の1秒)以下の超高速領域で動作する全光スイッチを世界最小の消費エネルギーで実現しました。本研究グループでは、プラズモニック導波路と呼ばれる幅と高さが数十ナノメートルサイズの光導波路に、非線形光学材料として近年注目されているグラフェンを組み合わせることによって、超高速かつ低消費エネルギーで動作する全光スイッチを実現しました。達成した動作速度は電気を利用した光スイッチでは到達不可能な領域にあり、将来の超高速な光情報処理集積回路への応用が期待されます。また、本成果は極限的に小さな光導波路の実装を可能とするプラズモニック導波路技術の研究をさらに深化させるものです。

光格子時計が有する光周波数の超高精度遠隔地伝送

NTT、国立学校法人東京大学、国立研究開発法人理化学研究所およびNTT東日本は、商用の光ファイバー網を用いて複数の遠隔地を結ぶ光周波数伝送の実証実験を実施し、光周波数を超高精度で200km以上をファイバー伝送することに成功しました。この結果は、現在、東京大学香取秀俊教授が発明した世界で最も精度の高い原子時計の一種である光格子時計の光周波数を、その精度を保ったまま、200km圏内で共有可能であることを示しています。

本成果の技術ポイントは、石英系平面光波回路(PLC)を組み込んだ光周波数中継装置(リピータ)です。ファイバー伝送される光周波数は、温度変化によるファイバーの伸縮や、敷設環境に由来する振動等のさまざまな雑音を受けます。リピータは、中継局ごとに光を逆方向にも送信し、光干渉測定によってファイバー由来の雑音を検出・補償しながら伝送させる技術です。リピータの中心部である光干渉計をPLCモジュール化することで、精度劣化を最小限に抑えたファイバー伝送を実現しました。将来的には、光格子時計の驚異的な精度の高さを利用した「相対論的な効果を使った標高差測定(相対論的測地)」等による、新たなインフラストラクチャーへの展開をめざします。

毎秒1テラビット容量の長距離波長多重伝送実験

NTTとNTTコミュニケーションズは、商用環境において1テラビット/秒光信号の長距離伝送の実証実験に成功しました。本実験では、NTTコミュニケーションズの商用環境に敷設した光損失と光非線形性を低減させた新しいコア拡大低損失光ファイバケーブルを用い、NTT独自の@高品位な多値光変調信号を送受信するために光送受信機内部の不完全性を補償する高精度校正技術、A最先端のデジタルコヒーレント技術を実装したデジタル信号処理プロセッサと広帯域光フロントエンド回路を搭載した光送受信機、B伝送路設計技術によって、1テラビット/秒光信号による波長多重伝送を実施し、世界最長となる1,122kmの長距離伝送試験に成功しました。

本成果は、現在の実用システム(1チャネル当たり100ギガビット/秒)の10倍の伝送速度、および8割以上のビット当たり消費電力低減を見込み、5Gサービスの普及や、将来のIOWN構想実現に向けた大容量通信ネットワーク技術として期待されています。

Aビル内で1テラビット/秒光信号(500ギガビット/秒×2)を、光送受信機から光合分波器・光増幅器・敷設光ファイバを通りBビル内の光コネクタまで伝送、1,122kmの長距離伝送試験のイメージ図
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