リアルタイム・システムの概要

製造からヘルスケア、石油とガス、ロボットに至るまで、多様な業界におけるモノのインターネット・アプリケーションに対するリアルタイム・システムの影響についてご覧ください。

重要ポイント

  • リアルタイム・システムの特長は、指定された期限内に期待される結果をもたらし (適時性)、複数の独立したクロックを調整し、調和して動作させる (時間同期) 機能です。

  • ハード・リアルタイム・システムには絶対期限があり、その割り当て時間内にタスクが完了しないとシステムエラーが発生します。ソフト・リアルタイム・システムの場合、期限内に間に合わない場合でもシステムは動作を続けますが、その出力は望ましくない品質となります。

  • リアルタイム・システムの機能は、レイテンシーとコンピューティング・ジッターという 2 つの要件を元に測定されます。

  • インテルはリアルタイム・アプリケーション開発用のハードウェアとリファレンス・システムレベル・ソフトウェアを提供しています。その中では、ハード・リアルタイム要件を満たすために、すべての要素が指定した期間内に信頼できる予測可能な形で実行する必要があります。

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信頼性が高く予測可能なリアルタイム・システムによるリアルタイムのデータ処理に関して、高まり続ける多くの企業のニーズに対応するために、インテルはソリューションとテクノロジーを提供し、実現をサポートするパートナーも紹介しています。

リアルタイム・システムのニーズ

グローバルなネットワーク接続の拡大、常時利用可能なデータに対する消費者需要の変化、および常時オンのセンサーに対応したエンタープライズ環境により、指数関数的に大量のデータが作成、収集、分析されています。2025年までに、IDC は 79.41 ゼタバイトのデータが生成され、その 30% 近く2にリアルタイム・システムで実現されるリアルタイム処理が必要だと予測しています。

リアルタイム処理の必要性は、安全性、効率性、信頼性の継続的な向上のためにリアルタイム・データを必要とするロボティクス、製造、ヘルスケア、および石油・ガス・電力などの高精度の業界のビジネスにとっては特に重要です。

この種の業界の企業でデータのリアルタイム処理を確実に行う上で重要なのは、リアルタイムではないワークロードよりも、リアルタイムのワークロードをシステムが優先的に管理および実行する機能です。
例えば、最新の自動車メーカーは、自動車を組み立てる生産ラインで高度にロボットを連携させています。複数のロボットが相互に部品の受け渡し、穴あけ、溶接、安全点検の実行を行いますが、すべてに高レベルの精度と緻密なタイミングが求められます。このユースケースでは、リアルタイム・システムが定義済みの予測可能な時間範囲のデータを処理できるだけでなく、安全関連のワークロードなどの重要なタスクが比較的重要性の低いタスクに先んじて、確実に完了されるようにする必要があります。
では、データ主導の業界は、どのようにデータを理想的なタイミングと方法で処理しているのでしょうか。その答えがリアルタイム・システムです。

2025年までに、IDC は 79.41 ゼタバイトのデータが生成され、その 30% 近く2にリアルタイム・システムで実現されるリアルタイム処理が必要だと予測しています。

リアルタイム・システムとは?

「リアルタイム・システム」という用語は、リアルタイム・アプリケーション機能を実行し、予測可能で指定した時間的制約の範囲内イベントに対応できるハードウェアとソフトウェアを備えた情報処理システムを指しています。リアルタイム・システムの一般的な例としては、航空管制システム、プロセス制御システム、自律運転システムなどが挙げられます。

さまざまな用途でのリアルタイム・システムの利点

リアルタイム・システムには以下のような利点があります。

利点
より精密なタイミング リアルタイム・システムは、正確なサイクル期限 (マイクロ秒単位) での実行が必要なタスクを、正確に実行できるよう設計されています。
高い予測可能性と信頼性 リアルタイム・システムは、定義済みの予測可能な時間範囲のデータを処理するため、タスクまたはワークロードの実行は事実上保証されています。したがって、業務用の重要なシステムの信頼性が向上します。
リアルタイムのワークロードの優先処理 重大なシステムエラーを回避するために、設定した期限内に特定のリアルタイム・ワークロードを完了する必要があるときは、一部のワークロードを優先的に処理できる機能が重要です。すべてのシステムではありませんが、一部のリアルタイム・システムは、このようなワークロードまたはタスクを優先化する機能を備えています。

リアルタイム・システムのコンポーネント

リアルタイム・システムでリアルタイム・コンピューティングを実現するには、以下の 2 つの要件を満たす必要があります。

  • 適時性: 指定された期限内に期待される結果をもたらす機能
  • 時間同期: 複数の独立したクロックを調整し、調和して動作させるエージェントの機能

リアルタイム・システムを評価する場合、企業は、イベントやタスクの完了時の予測可能性でシステムの価値を判断できます。予測可能性は、システムの以下の特性に細分化して評価することが可能です。

  • レイテンシー: 2 つのイベント間の時間の測定値
  • コンピューティング・ジッター: 繰り返し処理した際のレイテンシーの変動

リアルタイム・システムのもう 1 つの重要な特性は、重大なシステムエラーを回避するために、リアルタイムのワークロードと、リアルタイムではないワークロードを同時実行する機能です。

なお、リアルタイム・システムが一般にどう分類されるか理解していることも大切です。タイミングの制約の観点から、ソフト・リアルタイム・システムまたはハード・リアルタイム・システムのいずれかに分かれます。

ソフト・リアルタイム・システムとハード・リアルタイム・システム

リアルタイムの概念はさまざまなユースケースに適用できます。しかし、ウェブ・ブラウジングやゲームなど、このようなユースケースの大部分は、ソフト・リアルタイムに分類されています。

ソフト・リアルタイムとは、割り当てられた時間内に実行できない場合でも、システムが機能を続ける場合を指します。システムが期限内に処理できなくとも、重大な結果が生じることはありません。結果の質は想定より下がりますが、システムの機能は継続されます。

一方、ロボティクス、自動車、公共事業、ヘルスケアなど特定の業界では、同期、タイムライン、最悪実行時間の保証など、より高度な要件がユースケースに設定されています。このような例はハード・リアルタイムに分類されます。

ハード・リアルタイムとは、期限内に実行されない場合、取り返しのつかない結果になる可能性があるため、システムが機能を中止する場合を指します。

リアルタイム・システムのアプリケーション

プロセス制御システム

プロセス制御システムは、継続的に生産が行われ、中断の発生が許されない産業用アプリケーションで使用されます。このようなシステムは、プロセスのテスト、関連データの収集、監視および可能ならトラブルシューティング用にデータを返すことで、品質の維持とパフォーマンス向上に役立ちます。石油・ガス業界の企業がプロセス制御システムの主要なユーザーですが、効率性の向上から設備の安全な運用、ダウンタイムを最小限に抑制、エラーがほとんど発生しないなど、一般に数多くの利点があります。

マシンビジョン

マシンビジョンは、装置による視覚的データの高速処理を支援し、周囲の環境を把握してビジュアル入力を元に迅速な判断を行えるようにするものです。このような装置は、生産が滞りない実行と重要なプロセスの継続させる上で特に重要です。リアルタイム・システムは、このような装置がほぼリアルタイムでデータを処理できるように支援します。

ロボット工学

ロボティクス・テクノロジーは、多岐にわたる複雑なアプリケーションで使用され、その多くに安全なワークロード実行を確保し、継続的な機能を可能にする精密なタイミング制約が求められます。リアルタイムのコンピューティングと処理の必要性があるため、リアルタイム・システムはロボットのオペレーティング・システムにとって非常に大切です。

製造

将来を見据えた製造メーカーは、リアルタイム・アプリケーションから得たインサイトを生かし、製品の品質に関する問題を回避し、効率性とパフォーマンスを向上し、その結果として競争力を高めています。組み込みのリアルタイム・システムは、製造メーカーの生産性の最大化、製品の品質と一貫性の向上、工場フロアでの安全性の強化に役立ちます。

ヘルスケアと患者モニタリング

ヘルスケアではデータ処理の迅速性が患者の生死を分けることにつながります。患者の安全と健康を守るために必要なタイミングと場所で、医師が心拍数モニターなどの患者モニタリング・システムから取得するデータを利用できるようにするには、リアルタイム・システムが非常に重要になります。

リアルタイム・システムに対するインテルの影響力

高度なリアルタイム性能を要求する新しいソリューションに対応するため、インテルは製品ラインにリアルタイム・パフォーマンス・テクノロジーであるインテル® Time Coordinated Computing (インテル® TCC) を導入し、タイム・センシティブ・ネットワーキング (TSN) へのサポートを拡張しました。

インテル® Time Coordinated Computing (インテル® TCC) は、ハード・リアルタイム・アプリケーションに求められる厳格な時間制約に対応するため、インテル® プロセッサーのコンピューティング性能を強化する新しい機能セットです。インテル® TCC は、ほかの同時進行タスクに十分なパフォーマンスを確保して全体的に電源効率を維持したまま、レイテンシーが重要なアプリケーションに最適なプロセッサーを実現します。インテル® TCC は、求められる時間範囲内に、信頼性が高く予測可能な形でワークロードの全要素が実行されることを確実にします。

タイム・センシティブ・ネットワーキング (TCN) とは、標準イーサネット・ネットワークに基づく IEEE 規格、仕様、機能のコレクションを示し、タイム・センシティブなアプリケーション、高精度の時間同期、データ配信の適時性、トラフィックのスケジューリングをサポートします。TSN は、オープンな標準ベースのデザインによりシステム間のパフォーマンスを最適化するために使用されます。インテルは現在、従来より多くの TSN 標準に対応しています。

  • IEEE 802.1AS: 汎用のプレジション・タイム・プロトコル
  • IEEE 802.1Qbv: Time-Aware Shaper
  • EEE 802.1Qav: クレジットベースの Shaper
  • IEEE 802.1Qbu: フレーム・プリエンプション

リアルタイム・システムを変革するインテル® ソリューション

厳格な時間要件への対応ニーズの高まりは、今後しばらく収まることはないでしょう。インテルは、新しいインテル® TCC と拡張 TCN サポートにより今後膨大になるデータの処理に向けた企業の準備を支えるテクノロジーと専門知識が提供しています。これらのソリューションは、新たに登場したハイパフォーマンス・リアルタイム・ソリューションで頻繁に直面する問題に対応できるよう、新しい統合型の手法をとっています。

よくある質問

「リアルタイム・システム」という用語は、リアルタイム・アプリケーション機能を実行し、予測可能な指定された時間制約内にイベントに対応できるハードウェアおよびソフトウェアのコンポーネントを示します。

リアルタイム・システムは、ソフト・リアルタイムとハード・リアルタイムに分類されます。ソフト・リアルタイムの分類は、割り当てられた時間内に実行できない場合でも、システムが動作を継続するような場合を指します。特に重要なのは、システムが期限内に処理できなくとも、危険な結果は生じないということです。ハード・リアルタイムの分類とは、期限内に実行されない場合、取り返しのつかない結果になる可能性があるため、システムが機能を中止する場合を指します。

リアルタイム・システムは製造、ヘルスケア、石油・ガス・電力、物流、宿泊飲食サービス、農業など無数の業界で使用されています (これらに限定されません)。

リアルタイム・システムは、重要なテクノロジーであるため、プロセス自動化システムから倉庫、生産組み立てライン、農業、ヘルスケアに至る多様なアプリケーションのさまざまな業界で使用されています。

リアルタイム・システムは、重要なテクノロジーであるため、プロセス自動化システムから倉庫、生産組み立てライン、農業、ヘルスケアに至る多様なアプリケーションのさまざまな業界で使用されています。

免責事項

1IDC による 2019年6月のプレスリリース「The Growth in Connected IoT Devices Is Expected to Generate 79.4ZB of Data in 2025, According to a New IDC Forecast」
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IDC*、2018年11月、「The Digitization of the World from Edge to Core (エッジからコアへの世界のデジタル化)」、David Reinsel、 John Gantz、John Rydning 著。