エッジAIを実現するモデル圧縮技術と開発事例


リアルタイム性や通信コスト減，高セキュリティを実現するために

初めてのAI搭載IoTエッジ開発

図1　エッジAIの性能を最大限に引き出すためには，モデルの圧縮が重要．［著・提供］井上 祐寛．画像クリックで動画再生．詳細は［VOD/KIT］ ラズベリー・パイで学ぶエッジAIプログラミング入門を参照

エッジAIとは

エッジAI（Edge AI）は，データ収集の現場やセンサの近くでAI処理を行う技術です．従来のクラウドベースのAIとは異なり，データを収集する地点でリアルタイムに処理を行うことで，迅速な反応やセキュリティの向上が期待されます．エッジAIのメリットには，リアルタイム性の向上，データ漏洩のリスク低減，通信コストの削減があります．

エッジAIの実装

エッジAIを実現するためには，いくつかのハードウェアおよびソフトウェア技術が必要です．主なハードウェアには，ラズベリー・パイ，NVIDIA Jetsonシリーズ，Google TPU（Tensor Processing Unit），FPGA（Field-Programmable Gate Array）などがあります．これらのデバイスは，小型化と低価格化が進んでおり，データの収集と処理を現場で効率的に行うことができます．

エッジAIを支える技術

エッジAIの性能を最大限に引き出すためには，モデルの圧縮が重要です．モデル圧縮には，次の技術が含まれます．

  1. Pruning（プルーニング）:不要なノードや重みを削除することで，モデルのサイズを縮小し，計算負荷を軽減します．
  2. Distillation（ディスティレーション）: 大規模なモデルから学習した知識を使って，小規模なモデルを訓練し，高い精度を維持しながらも軽量化を図ります．
  3. Quantization（クォンタイズ）: モデルのパラメータの精度を下げることで，メモリ使用量を削減します．

これらの技術によって，エッジ・デバイスでのAI処理が可能となり，より多くのデバイスで高効率な処理が実現します．

エッジAIの活用事例とその効果

エッジAIはさまざまな分野で活用されており，特にリアルタイム性が求められる場面でその効果を発揮しています．例えば，Blue River Technology社の“See & Spray”システムは，農場内の植物を正確に検出し，除草剤を雑草だけに噴射する技術を提供しています．このシステムにより，除草剤の使用量を90$\%$削減し，化学物質の利用を減少させることができます．

また，振り込め詐欺を未然に防ぐソリューションの実証実験では，JVCケンウッドとビズライト・テクノロジーがエッジAIカメラを使用してATMコーナでの不審な電話の状況を検出しました．このシステムはカメラ内で処理を行い，プライバシ情報の漏洩リスクを極めて低く保ちながら，既存のネットワークに依存しない高いセキュリティを提供します．

エッジAIの未来

エッジAIの進化により，IoTデバイスがさらに賢くなり，データの即時処理と分析が可能になります．これにより，より迅速な意思決定が可能となり，セキュリティやコスト面でも大きなメリットが期待されます．エッジAIは今後もさまざまな分野での応用が進むと考えられ，その技術革新が私たちの生活にどのような影響を与えるのか，今後の展開が楽しみです．〈ZEPマガジン〉

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著者紹介

  • 株式会社クレスコ入社後，銀行向けシステムなど数多の開発にリードエンジニアとして従事．後に自社ソリューションとなる統合認証システムの基礎を独力で開発するなど，アイデアと技術でクレスコを牽引する．技術研究所での機械学習研究を経て，人工知能を強みとする部門に異動．現在はテクニカルエバンジェリストとして企業が持つ業務課題へのAI適用に関するコンサルティング，機械学習に関する技術支援を行う一方，自ら研究テーマを持ち共同研究，実験システムの構築も担当．「SoftwareDesign」「やってみよう！機械学習」（技術評論社），「日経ソフトウェア」「AIプログラマになれる本」（日経BP）への記事寄稿，会津大学，はこだて未来大学，琉球大学，早稲田大学のほかWatson SummitやMicrosoftでの講演等，社外でも精力的に活動中
  • 2022年9月 金沢工業大学 客員准教授に就任．詳細はこちら

著書

  1. ［VOD/KIT］ラズベリー・パイで学ぶエッジAIプログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］世界の航空機を同時追跡！Flightradar24 ラズパイ・キット，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/KIT］人工知能カメラM5StickVで作って学ぶ画像解析AI開発入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. いろんなことを試して学ぶ！ Pythonプログラミング，2021年，日経BP．
  5. エッジAIプログラミング M5StickV 活用編，日経ソフトウェア2020年11月号，日経BP．
  6. エッジAIプログラミング M5StickV 準備編，日経ソフトウェア2020年7月号，日経BP．
  7. Kaggleに参戦しよう(連載)，日経ソフトウェア2020年1月号，日経BP．
  8. Kaggleに参戦しよう(連載)，日経ソフトウェア2019年9月号，日経BP．
  9. Kaggleに参戦しよう(連載)，日経ソフトウェア2019年7月号，日経BP．
  10. AIプログラマになれる本，2019年，日経BP．
  11. やってみよう！ 機械学習 第2章 機械学習の始め方，2019年，技術評論社．
  12. 人工知能で画像生成 応用編，日経ソフトウェア2019年1月号，日経BP．
  13. 人工知能で画像生成 基本編，日経ソフトウェア2018年11月号，日経BP．
  14. 自分で構築するか，APIで機能を使うか 機械学習の始め方，Software Design2018年4月号，技術評論社．

参考文献

  1. ［VOD/Pi3A KIT］ラズパイ・キットで学ぶLinux I/Oボードの作り方・探し方・動かし方，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/Pi KIT］ラズベリー・パイで学ぶLinux＆Pythonプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/PiZero KIT］Python×ラズパイで初めての量子コンピュータ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/Pi400 KIT］SLAMロボット＆ラズパイ付き！ROSプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Pythonで動かして学ぶモータ制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．