ロボットアームのAI性能を加速する産業用サーバ

背景

　スマート製造は、自動化された生産や物流に大きな変革をもたらしており、さまざまな用途においてAIによる技術革新を促進しています。スマート製造におけるAIの活用が進むにつれ、推論や学習処理に対応するGPU搭載の産業用AIサーバへの需要も高まっています。

　スマート製造におけるAIの新たな活用例として、ロボットアームとの組み合わせが注目されています。アクチュエーターとセンサを搭載したロボットアームは、精密な動作で物品の持ち上げや配置を安全に行うことで、生産の自動化と処理能力の向上に貢献します。一方で、製造ラインの拡張に伴い、多数のロボットアームの制御や最適化が課題となる可能性があります。

　AI技術の高度化が、ロボットアームを大規模に展開するための決め手となります。そのためにデータセンター向けの通常のサーバとは異なる、AIに最適化された産業用サーバが求められています。

システム要件

　AIを活用したロボットアームの運用は、従来にない新しい方法であり、大きな利点があります。ロボットアームの導入においては、「プログラミング」、「運用」、「保守」の3つのフェーズが成功の鍵となります。通常、複数のロボットアームが1台の産業用サーバと連携し、ラインの一部で稼働します。そのサーバにAI処理を組込むことで、プログラミング・運用・保守の各フェーズにおける効率や精度が大幅に向上します。

　プログラミング：AIにより、ロボットアームは異なるサイズや配置の物品にも対応可能になります。例えば、梱包・出荷ラインにおいて、ロボットアームがプログラムを変更することなく、異なるサイズの段ボール箱を処理できます。また、AIは「デモンストレーションによる学習（LbD）」にも対応しています。この機能により、オペレーターがロボットアームを実際に動かしながら、動作手順を学習させることができます。

　運用：動作の効率性は、全体の運用パフォーマンスを左右する重要な要素です。一度プログラムされると、AIは動作を最適化し、ミリ秒単位の時間短縮を実現します。そのわずかな時間の積み重ねが、複数のステーションでの長期運用において大きなコスト削減につながり、AIが経験を重ねて進化することで、エラーの低減による効率向上も期待できます。

　保守：安定した稼働時間は、自動化システムの運用において非常に重要な要素です。各ロボットアームに内蔵されたセンサは、運用状況に関する詳細なデータを提供します。動作が許容範囲内であっても、部品の摩耗により時間の経過とともに精度が低下することがあります。センサ情報をもとに予測分析を行うことで、わずかな精度低下の傾向を検出することができます。メンテナンスの予測により、交換部品の準備や作業スケジュールの調整が容易になります。

　ロボットアームはマイクロコントローラと連携することで、高度な知能を発揮します。触れた物体を識別し、破損を防ぐために最適な圧力を自動で調整することが可能です。ロボットアームを工場で活用するには、処理能力と処理の種類に応じたシステム構成が求められます。多くのAI開発者は、処理性能と開発効率の両立が可能なNVIDIA®製GPUを採用しています。リアルタイムでAI推論をマイクロ秒単位で実行するには、複数のGPUカードの連携が必要となることが多く、1枚の高性能GPUカードでも最大300Wの電力を消費します。AIの学習機能についても、十分なGPU処理能力を備えた産業用サーバ上で実行されるケースがあります。

　ローカル環境で運用される産業用サーバは、安全性が求められる用途やサイバーセキュリティ対策においても高い効果を発揮します。本製品は、開発・検証・保守を一元的に管理できるプラットフォームとして機能し、運用の効率化に貢献します。また、産業用通信プロトコルの拡張にも対応しており、柔軟なシステム構築が可能です。さらに、OT（運用技術）ネットワークとIPベースのIT（情報技術）ネットワークを接続・制御するゲートウェイとしての役割も果たし、現場と情報システムの連携を支援します。

　産業用サーバの選定においては、性能、品質、信頼性、耐久性に加え、リビジョン管理も重要な要素となります。産業用途では、製品のライフサイクルが7年以上に及ぶことが一般的であり、長期運用を前提とした設計が求められます。そのため、初期導入されたサーバは、数年後に追加導入される量産サーバと同一構成である必要があります。リビジョン管理が適切に行われていない場合、構成の不一致が発生し、結果としてライフサイクル全体の運用コストが増加する可能性があります。

　メモリやストレージにおいても、産業用サーバには高い信頼性と長期運用に耐える性能が求められています。産業用サーバは通常、エラー訂正機能（ECC）付きメモリに対応しており、単一ビットのエラーをリアルタイムで修正することで、システムの安定稼働とデータの正確性を維持します。Registered DIMM（RDIMM）は、メモリチャネルとランクを活用した並列アクセスにより、高いメモリ帯域を提供します。また、フラッシュベースのSSDは、高速アクセスと低レイテンシを実現し、信頼性の高いストレージ環境を構築します。ただし、産業用途においては、選定されたECC RDIMMやSSDが、一般的な商用製品よりも長期間の使用に耐えられることが重要です。

システム概要

　SKY-6400サーバは、産業用途に求められる性能、品質、信頼性、長寿命を考慮して設計されています。例えば、SKY-6400は、Intel®の組込み向けロードマップに基づいたIntel® Xeon®スケーラブルプロセッサを搭載しており、最低でも7年間の供給保証が提供されています。

　この理念に基づき、弊社はMicron Technologyと産業指数（IQ）パートナーとして提携しています。Micron IQでは、長期使用を前提とした市場向けに、特定のECC RDIMMおよびSSDを認証しています。IQの取り組みは、高信頼性設計、徹底した品質保証試験、長寿命対応、用途に応じた最適化、そして耐環境性の強化を目的としています。Micronのシニア産業マーケティングマネージャーであるTaufique Ahmed氏は、「Micron IQは、AI対応の産業用サーバにおける総所有コスト（TCO）の削減に貢献します。」と指摘しています。

　弊社のSKY-6400は、Intel® Xeon®スケーラブル・プロセッサと、Micron製のDDR4 ECC RDIMM（64GB／2666MHz）を搭載しています。ストレージには、Micron 1300をはじめとするSATA SSDに対応しており、2.5インチ型とM.2型の両方をサポートしています。これらのSSDは、信頼性の高い96層TLC NAND技術を採用しており、最大530MB/sの読み取り速度と低消費電力を実現します。さらに、Micron IQの技術により、AIの学習や推論処理を高速化でき、すべての処理を1台のAI対応産業用サーバ上で効率的に実行することが可能です。

スマート製造におけるAIの進化と今後の動向

　AI技術は、従来のIT分野から分散型エッジコンピューティング環境へと進化しています。スマートファクトリーでは、AIを搭載した産業用サーバが、先進的なロボット技術やIoTセンサーと連携し、さまざまな用途で活用されています。エッジ側でリアルタイムに意思決定を行うことで、ネットワークやストレージ、解析処理への負担を大幅に軽減できます。また、ダッシュボードによってエッジ処理の状況を常時監視し、対応が必要な例外を迅速に特定することが可能です。AIの導入が進むにつれて、新たな技術革新が次々と生まれ、AI対応サーバの需要はますます高まっています。スマート製造においてAIを効果的に活用するためには、高性能かつ信頼性の高い機器の選定が不可欠です。弊社とMicronの協業では、産業グレードの高性能サーバ、DDR4 ECC RDIMM、SSDを通じて、エッジAIに最適なソリューションをご提供しています。性能、品質、信頼性、そして長期運用に対応した製品で、スマート製造の未来を支えます。

産業指数（IQ）パートナー：Micron Technology