Heterogeneous computing provides surging power for the digital economy

5 月 11 日、「2022 Alibaba Cloud ビジュアルコンピューティング非公開共有会」において、Alibaba Cloud エラスティックコンピューティングプロダクトの専門家である Zhang Xintao 氏が「Alibaba Cloud エラスティックコンピューティングのビジュアルコンピューティングにおけるアプリケーション実践」と題した講演を行いました。以下はその講演内容に基づいています。

メタバース、デジタルツイン、仮想現実は、一方向のインタラクションから全要素インタラクションへの進化を意味します。この進化は、没入型の反復的なリアルタイムインタラクションを通じてリアリズムを実現し、リアリズムが人間の認知効率の向上をもたらします。

この判断は、前世紀に教育者が提唱した人間の学習と認知に関する有名なピラミッドモデルに由来します。このモデルでは、最も効率的な学習方法はファインマン学習法ですが、すべての人に適しているわけではありません。一般の人々にとっては、シミュレーション実践を通じて学習効率と認知効率を向上させる方が有益です。シミュレーション実践で最も効率的な方法は、すべての要素によるリアルタイムインタラクションです。たとえば、パイロットは実際に空を飛ぶ前に、フライトシミュレーションキャビンで長時間の厳しい訓練を受けます。この方法は、実際の航空機での飛行学習効率に非常に近く、より安全で経済的です。

認知スタイルの向上は、本質的に生産性の向上です。生産性は人間社会の重要な概念として、メタバース産業を真剣に理解することを必要とさせています。メタバース産業はどのようなチャンスと課題をもたらすのでしょうか。

メタバース 7 層モデルは、現在のところメタバース産業を比較的完全に記述したモデルで、ユーザーエクスペリエンス層からクリエイターエコノミーを経てインフラ層までを網羅しています。関連するすべての概念、パフォーマンスレベル、技術が含まれ、多くの産業に関連しています。

これらの概念と技術をクラウドコンピューティングの一般的な分野にマッピングすると、最終的にコンピューティング、アプリケーション、通信、ヒューマンコンピュータインターフェイス、ビジネスエコロジーの 5 つの側面でクラウドコンピューティングに大きな影響を与えます。これはクラウドコンピューティングにとってかつてないチャレンジであり、飛躍的なチャレンジでもあります。

スマートフォンを例に考えてみましょう。20 年前の PC と比べると、現在のスマートフォンはあらゆる面で大幅な飛躍を遂げています。これはスマートフォンのインタラクション方式のアップグレードと、マルチタッチ制御をサポートするオペレーティングシステムの登場によるものです。そしてこのプラットフォーム上で豊かなアプリケーションエコシステムが成長し、コンピューティング性能と通信性能の継続的な向上を促進しました。現在、スマートフォンの性能と機能はラップトップを凌駕するほどで、ラップトップにはないセンサーやインタラクション方式を備えています。

メタバースが直面するインタラクション方式は、リアルタイム 3D、ジェスチャーインタラクション、音声インタラクションなどが考えられます。これらのインタラクション方式は、最終的にリアルタイムコンピューティングとインタラクティブな通信にさらなる課題をもたらします。たとえば、以前はタッチスクリーンだけでしたが、現在はジェスチャー、シーン、空間を認識する追加のセンサーがあります。これらにはリアルタイムコンピューティングが必要で、通信要件もより厳しくなり、より大きな帯域幅と低いレイテンシが求められます。

同時に、メタバースが直面するビジネスエコロジーは、過去のいかなる IT システムよりも複雑になります。そのため、このビジネスシステム全体をどのように運用するかという課題にも直面する必要があります。

したがって、メタバースビジネスに適応するためにクラウドコンピューティングが直面すべき 3 つの主な課題は、コンピューティング、通信、エコロジーです。10 倍以上のコンピューティング性能とコンピューティングスケール、10 倍以上の通信と低レイテンシ、そして 10 倍以上のエコロジー効率とオープン性が必要です。

コンピューティング性能とスケールの面では、より高い忠実度の 3D モデルをレンダリングするために 10 倍以上のグラフィックスコンピューティングが必要で、より多くのシーンでリアルタイムレイトレーシングを実現し、現実世界の正確な描写を達成する必要があります。AI の分野では、AI モデルのトレーニングと実行により強力なコンピューティング能力が必要で、ストリーミングメディアの処理にもより強力なコンピューティング能力が求められます。帯域幅とレイテンシの面では、レンダリングされた高忠実度イメージをクライアントに配信するために大きな帯域幅と低いレイテンシが必要で、大規模 AI モデルのトレーニングと推論には低レイテンシの帯域幅が必要で、バーチャルヒューマンとの微妙な表情によるコミュニケーションには高性能な帯域幅も求められます。

さらに、より大きな課題はエコロジーから生じます。メタバースの技術エコロジーは非常に複雑で、従来の個別対応型の産業連携モデルでは産業規模を 10 倍、100 倍に拡大できませんでした。そのため、より効率的でオープンな新しいエコロジー協業の形が必要です。

これら 3 つの課題に対し、Alibaba Cloud は過去 10 年間にわたり技術的なパフォーマンス指標とコンピューティングスケールの向上に多くの取り組みを行ってきました。たとえば、昨年の Yunqi Conference で第 4 世代 DPCA アーキテクチャを発表し、ハードウェアアクセラレーションによる eRDMA の大規模ネットワーキングを実現しました。レイテンシは最低 5 マイクロ秒まで低減され、業界トップレベルにあります。クラウド上で人間の微妙な表情を認識する能力も備えています。

Alibaba Cloud の AI およびメタバース向け GPU コンピューティングインスタンスも大きな進展を遂げ、GPU インスタンスのパフォーマンスは過去数年で 100 倍に向上しました。昨年、第 7 世代 GPU インスタンスがリリースされ、画像コンピューティングと AI コンピューティングの両方で大幅な改善が実現しました。さらに、Alibaba Cloud は非常に大規模なコンピューティングスケールの蓄積を達成しています。商業運用を通じてアジア最大の GPU クラスターを実現し、合計コンピューティング能力は 1,700P を超え、現在も急速な成長を維持しています。

技術に加えて、ビジネスエコロジーも大きな課題です。業界を繁栄させるには、業界の生産性を向上させ、業界の生産関係を整備する必要があります。パートナーや顧客と共に、エコロジー運用を通じて Alibaba Cloud のビジュアルプロダクトシステムを構築し、多くの実績を積み上げてきました。

ご存知の通り、ヘテロジニアスコンピューティングは非常に難易度の高いコンピューティングシステムで、プロダクト開発チームもこの課題に大きく取り組んできました。ソフトウェアの力で各業界におけるヘテロジニアスコンピューティング利用の共通課題を解決し、より効率的で高性能、コスト効率に優れ、使いやすいヘテロジニアスコンピューティングプロダクトを実現しました。

さらに重要なのは、各業界のリーディングパートナーと共にビジュアルコンピューティングのソフトウェアサービスを構築し、多くのプロダクトを Alibaba Cloud 上で展開していることです。

ソフトウェアサービスを 3 つのレイヤーに分割して、業界エコロジーの課題を解決します。

共通レイヤー：特に重要な 2 つのプロダクトは、クラウド XR プラットフォームとクラウドリアルタイム 3D エディタプラットフォームです。主に 3D コンテンツとアプリケーションのホスティングおよび実行環境に関する課題と、3D コンテンツとアプリケーションの開発および制作に関する課題を解決します。

業界レイヤー：各業界のエディタパートナーと共に大規模な業界エディタマトリックスを構築し、各エディタ固有の課題を解決することを目指しています。エディタはメタバースのエンタープライズアプリケーションをより効果的に実装し、すべての人が参加できるようにすることで、業界全体の生産性と創造性を向上させます。

エコロジーレイヤー：主にコンテンツ制作とコンテンツ取引の課題を解決します。最初の 2 つのレイヤーに素材を提供する役割を担うため、重点的な構築が必要です。

近い将来、これらのプロダクトは Alibaba Cloud 上で展開されます。業界エディタや汎用エディタと連携し、あらゆる業界の課題を解決します。

現在のメタバースで最も一般的なアプリケーションシナリオを上図に示しています。シナリオ要件を正規化すると、最終的に 5 つのレベルに集約されます。これら 5 つのレベルの要件は、前述のプロダクトシステムと 1 対 1 で対応しています。

たとえば、自動運転の公道テスト前で重要なステップは、3D 環境のリアルタイムシミュレーションを行うことで、一般的に業界エディタで完了できます。業界エディタがあれば、汎用 3D エディタで建物や道路などを個別に構築する必要がなく、シミュレーションプラットフォーム上でホワイトマップ上に環境を素早く構築でき、効率を大幅に向上させます。さらに、さまざまな天気、風速、照明条件、降水条件を提供して実走行環境をシミュレートし、自動運転プログラムの動作を検出することもできます。

ただし、すべての業界にそのようなエディタがあるわけではありません。そのため、各業界で同様の課題を解決するために、比較的汎用的な 2 つのプロダクトを提供しています。

1 つ目はクラウド XR プラットフォームです。Alibaba Cloud 上に構築された CloudXR スイートに基づく 3D リアルタイムレンダリングプラットフォームで、3D アプリケーションのインストール、リリース、ホスティングに関する課題を解決します。顧客は独自に開発したメタバースアプリケーションや 3D アプリケーションをこのプラットフォームにインストールし、特定の対象者にリリースできます。ユーザーはさまざまな端末からこれらの 3D アプリケーションにアクセスして利用でき、現在、主要な 3D エンジンや VR/AR 端末デバイスの大部分をサポートしています。

各業界の創造性と生産性を向上させることを目的に、さまざまな業界での適応と展開を進めてきました。XR 操作プラットフォームに加えて、より多くのコンテンツも必要です。これらの 3D アプリケーションのコンテンツはどのように生成されるのでしょうか。

クラウドリアルタイム 3D エディタプラットフォームを利用できます。

クラウドリアルタイム 3D エディタは、Alibaba Cloud が国際的なトップ 3D エンジンパートナーと共同で実装した初のクラウドネイティブな 3D エディタです。従来の PC ワークステーションでの開発と比較して、より柔軟で強力な機能を提供します。

柔軟性の面では、任意のデバイスからアクセスできます。以前はワークステーションやゲーミング PC しか利用できませんでしたが、現在では Pad やスマートフォンなど、あらゆる端末から接続して 3D アプリケーションやゲームの設計が可能です。

強力な面では、従来の開発ワークステーションは CPU リソース、メモリリソース、GPU リソースなど既存のコンピューティングリソースに制限されていました。しかしクラウドエディタでは、クラウド上の無制限なコンピューティング能力を活用して時間のかかる計算処理を解決し、開発効率を大幅に向上させます。以前は 10 時間以上かかっていたベイク処理が、クラウド上ではわずか 10 分程度で完了します。

さらに、これらのアプリケーションを開発した後、クラウド上で適応作業を行うこともできます。Alibaba Cloud には x86 や ARM などさまざまな体系の GPU インスタンスがあり、各種端末環境をシミュレートして製品の適応作業を行えるため、従来のアダプタよりも効率的です。このプラットフォームはまもなく公開予定です。ぜひテストしてお試しください。