タイニーエムエル

第16章. エネルギー使用を最適化する

この作品はAIを使って翻訳されている。ご意見、ご感想をお待ちしている：[e-mail]

組み込み機器がデスクトップやモバイルシステムと比較して持つ最も重要な利点は、消費電力が非常に少ないことだ。サーバのCPUは数十ワットから数百ワットを消費し、冷却システムと主電源を必要とする。携帯電話でさえ数ワットを消費し、毎日充電を必要とする。マイクロコントローラーは1ミリワット未満で動作し、携帯電話のCPUの1000分の1以下で動作するため、コイン電池やエネルギーハーベスティングで数週間、数カ月、数年間動作する。

TinyML製品を開発する場合、最も困難な制約はバッテリー寿命だろう。バッテリーの交換や再充電のために人間の介入を必要とすることは、多くの場合、実現不可能である。したがって、デバイスの有用な寿命（どれだけの期間動作し続けるか）は、どれだけのエネルギーを使用し、どれだけのエネルギーを蓄えることができるかによって定義される。バッテリーの容量は、通常、製品の物理的なサイズによって制限される（例えば、ピールアンドスティックセンサーは、コイン電池以上のものを搭載できる可能性は低い）。つまり、デバイスの寿命に影響を与えるためにコントロールできる主な領域は、システムが使用するエネルギーの量である。この章では、電力使用量を調査する方法と、それを改善する方法について説明する。

直観力を養う

ほとんどのデスクトップ・エンジニアは、さまざまな種類の操作にかかる時間について大まかな感覚を持っており、ネットワーク・リクエストはRAMからデータを読み取るよりも遅い可能性が高く、ソリッド・ステート・ドライブ（SSD）からファイルにアクセスする方が回転ディスク・ドライブよりも通常は高速であることを知っている。しかし、メンタルモデルを構築し、電力効率の計画を立てるためには、演算子が必要とするエネルギーの大きさについて経験則を持つ必要がある。

注

この章では、エネルギー測定と電力測定の間を行ったり来たりする。電力は時間経過に伴うエネルギーであり、例えば毎秒1ジュール（J）のエネルギーを使用するCPUは、1ワットの電力を使用していることになる。私たちが最も気にするのはデバイスの寿命であるため、メトリックとして平均電力使用量に注目するのが最も役に立つことが多い。つまり、平均1mWの電力を使用するシステムは、2mWを使用するシステムの2倍長持ちすると簡単に予測できる。長時間持続しない単発の演算子については、今でもエネルギー使用量を参照することがある。

標準的なコンポーネントの消費電力

システムの構成部品がどれだけのエネルギーを消費しているのか、深く掘り下げたければ、Sasu Tarkoma他著『Smartphone Energy Consumption』（ケンブリッジ大学出版局）が手始めに最適だ。以下は、彼らの計算から導き出した数字である：

• ArmのCortex-A9 CPUは500～2,000mWを消費する。

• ディスプレイは400mWを使うかもしれない。

• アクティブセル無線は800mWを使うかもしれない。

• ブルートゥースは100mWを使うかもしれない。

スマートフォンの枠を超え、組込み部品に関して我々が観測した最高の測定結果を紹介しよう：

• マイクセンサーは300マイクロワット（μW）を使うかもしれない。

• ブルートゥース・ロー・エナジーは40mWを使うかもしれない。