さくらインターネット研究所
研究開発Gr.
研究開発の最新動向
2024年4⽉版
まとめ：さくらインターネット研究所 研究開発グループリーダー 菊地 俊介© SAKURA internet Inc.

本資料について
さくらインターネット研究所 研究開発グループの••
•
•

研究⽅針
ミッション・ビジョン・バリュー
研究フォーカス領域
各研究員の取り組みテーマ内容について紹介します© SAKURA internet Inc.

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研究所の⽅針
さくらインターネット研究所とは• インターネット技術に関係する研究を⾏う• 成果の発信と利⽤を通じて社会と会社に寄与する

中・⻑期のビジョンにたち、３〜５年後に役⽴ちそうなことを考える
モットー• ⾯⽩いと思うテーマにどしどし取り組んでいく© SAKURA internet Inc.

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研究所の役割
未来を正確に予測することは困難• 特にインターネット分野では！
︖

⾊々なアイデアを試しておき、本当に必要なときにパッと出せるようにしておく

選択 流⾏・成功を正確に予想する必要はない
多 斥候として先回りするのが様 研究所の任務
性© SAKURA internet Inc.

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ミッション・ビジョン・バリュー(MVV)とはミッション(Mission)• 社会にどのような価値を体現するのかなど、その企業・組織が⽬指す社会について明⽂化する。

ビジョン(Vision)• 企業・組織の理想像、中⻑期的な⽬標を表す⾔葉。ミッションを実現するために、企業・組織はどのような状況になるべきか、どのような志であるべきかを明⽂化する。

バリュー(Value)• ミッションやビジョンを達成するための具体的な⾏動指針、⾏動基準を表す。⾏動や判断の基準となる価値観を明⽂化する。
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研究開発グループ MVV
ミッション(Mission) ‒ めざすべきもの
ネットワークと計算能力による、人類の知識・知恵・文化のさらなる探求・進歩
コンピュータネットワークのみならず、⽣態系、道路網、また⼈や組織間の関係など、世の中のあらゆるものはネットワークによって相互作⽤などの関係性や構造を表すことができます。ネットワークによって個々を結ぶことで、それらが持つ知識は共有され、それは群の知恵となり、いずれ⽂化として定着していきます。
そして、あらゆるネットワークは、⼈間の脳情報処理や計算機など、多様な計算能⼒を持ったノードやその活⽤による集団的知性によって進化的変質を続け、⾃然環境や社会環境に合わせて変化していきます。
我々は、計算能⼒の活⽤と、それによるネットワークの進化的形成によって、⼈類の知識・知恵・⽂化のさらなる探求と、進歩し続ける世界の実現を⽬指しています。
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研究開発グループ MVV
ビジョン(Vision) ‒ あるべき姿
インターネットと計算機によるデジタル社会の可能性を追求し続ける
パイオニア
インターネット・計算機技術とその応⽤に関する研究は秒進分歩で進んでおり、未来を正確に⾒通すことができません。我々は、流⾏や成功に囚われずに多様性のある研究開発を⾏うことで、デジタル社会のあらゆる可能性と選択肢を探求するパイオニアであり続けます。

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研究開発グループ MVV
バリュー(Value) ‒ ⾏動指針
3つの視点から、社会にとって有意義で創造的な成果を追い求めます【Communication】⼈と⼈、情報と情報のつながりによる多様な視点によって分野横断を可能にする知⼒【Curiosity】遊びと好奇⼼、熱中から⽣まれる発⾒⼒【Team】仲間への信頼と貢献への意欲から⽣まれる協働⼒と主導⼒© SAKURA internet Inc.

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研究開発グループMVV 世界観
知恵ネットワーク

ノードをつなぐ
⼈をつなぐ

計算機

あらゆるものをつなぐ

情報科学
数学・物理・化学
バイオ・⽣物化学（ネットワーク構造）

情緒
体の中、⼼の中にあるもの
社会で定められてきたもの、価値観

ノンバーバル

情報科学は全領域に関わる形式知の集合体（ネットワーク構造）© SAKURA internet Inc.

昇華

知識通信
計算機

社会科学 ⼈⽂科学

学際領域

⾃然科学

インターネット

⽂化

社会規範
集団としての知識

ネットワークと計算能⼒による知識・知恵・⽂化の探求と進歩

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研究フォーカス（2024）（領域図）
さくらの現業ビジネスの先の領域を見ていく
基礎技術領域

ウォッチ領域宇宙通信

分散台帳（ブロックチェーン）
DNA・有機コンピュータ/ストレージバイオ
インフォマティクス
ロボティクス

研究所
研究対象領域

エッジ・フォグ・分散システム
HPC 機械学習(AI)量⼦コンピュータ

仮想化

量⼦暗号通信 ⾃動化
プロセス
インフォマティクス

サービス領域

3D
プリンティング地図活⽤システムソフトウェア・スマートオーケストレーション
シティ
IoT
運⽤(SRE)
データ流通

さくら
現業ビジネスサーバ

機械学習(AI)適⽤
セキュリティ

さくらの将来のサービスにつながる応⽤要素

ネットワークストレージ

ファシリティ

将来のサービスの基礎になる要素

発電・送電

⼈⽂科学領域© SAKURA internet Inc.

社会科学領域モバイル

インフラ領域

さくら現業ビジネスの発展に資する要素

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研究フォーカス（2024）

太字：研究対象領域
細字：ウォッチ領域

インフラ領域：• サーバ、ネットワーク、ストレージ、モバイル、ファシリティ、発電・送電

サービス領域：サービスに繋がる技術• システムソフトウェアとオーケストレーション、運⽤管理(SRE)、セキュリティ、IoT、スマートシティ、データ流通、機械学習(AI)適⽤、3Dプリンティング、地
図活⽤

基礎技術領域：将来のサービス形成につながる基礎的要素• 仮想化、⾃動化、機械学習(AI)、エッジ・フォグ・分散システム、分散台帳、ハイパフォーマンス・コンピューティング（HPC)、量⼦コンピューティング、ロボティクス、プロセスインフォマティクス、バイオインフォマティクス、DNA・有機コンピューティング/ストレージ、宇宙通信© SAKURA internet Inc.

1110年線表（2024）
あらゆる場所に溶け込んだネットワークと計算能力による、人とシステムの協調・協同
2024

イン
フラ
サービス

2025

2027

GPU/TPU

400G

1T
6G

Local5G

システムソフトウェアとオーケストレーション
SRE
セキュリティ
機械学習(AI)適⽤
DX

2030

中規模データセンター/地域IX（各政令指定都市へ）

2031

2032

2033

2034

地図活⽤

MaaS/XaaS

機械学習（AI)
ロボティクス
HPC
量⼦暗号通信

宇宙通信

集中・分散のハイブリッド

3Dプリンティング（多品種少量⽣産）

スマートシティ

クラウド・エッジ・
階層型アーキ

⾃動化

データセンタートレンド
センターレス・
分散システム

⾃動構成・
⾃動障害検出・復旧© SAKURA internet Inc.

2029

RISC-V（⼩型ノード）液浸
分散電源

⽔冷
新ストレージ

IoT

2028

MEC/エッジ/
コンテナ型 再評価

仮想化

基礎
技術

2026

データ流通

運⽤管理トレンド
⾃動機能追加・進化

⾃律動作
Fog・分散型アーキ分散台帳
エッジ・Fog・分散システム （ブロックチェーン）
バイオインフォマティクス
プロセスインフォマティクス
量⼦コンピュータ

レイヤレス
分散アーキ

システムアーキトレンド
DNA・有機コンピュータ/ストレージ12

研究開発最新動向（各研究員の取り組みテーマ紹介）• 超個体型データセンターの実現に関する研究 : 自律的に分散と集中のハイブリッ
ド構造を取れるデータセンターシステムの実現• ソフトウェアの動的適応性を実現する超個体型分散コンピューティング実行基盤• 異種OS機能連携によるセキュアコンテナの実現• エッジ・Fogコンピューティングに関する研究• 量子暗号通信のクラウド・DCへの導入に関する検討• AI for SRE(Site Reliability Engineering) : クラウドアプリケーションの障害管理のためのAI活用• HPC環境の整備と国内外の有益データに対するライフサイクルオーケストレー
ションに関する研究• 高速GPUを活用したゲノム解析ソフトウェアの性能評価• 大規模言語モデルを用いた材料データベースの構築• AI創薬の実現に向けた大規模言語モデルに関する研究• 「社会に開かれた教育課程」の実現に向けた研究© SAKURA internet Inc.

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超個体型データセンターの実現に関する研究

菊地研究員(⾃律的に分散と集中のハイブリッド構造を取れるデータセンターシステムの実現)

研究の⽬的
•

⾃律的に分散と集中のハイブリッド構造を取れるデータセンターシステムの実現

研究のうれしさ•クラウドによる無制限のバックエンド処理を可能にしつつ、必要・状況に応じてコンピューティングリソースの局所利⽤も⾃動実現する最適配備システムを実現

概略

超個体型データセンター（超個体型データセンターOS）
遍在するデータと、それを処理するプロセスが⾃律分散する© SAKURA internet Inc.

センター

コンピューティング
リソース（PC）

コンピューティング
リソース（MEC）

コンピューティング
リソース（Device）

クラウド

エッジ

現場

分散し増⼤するコンピューティングインフラ

現場

14中⽥研究員

ソフトウェアの動的適応性を実現する
超個体型分散コンピューティング実⾏基盤
研究の⽬的•

デバイスやエッジ、クラウド環境に存在するコンピューティングリソースが有機的に連携するコンピューティング基盤の実現

研究のうれしさ•アプリケーションは、どこで実⾏されているかを意識せずレイテンシや処理性能などの要件を満たす環境で継続的に実⾏できる
アプリ

概略
•

様々なアーキテクチャで実⾏可能な
⾔語仮想マシンであるWebAssembly(wasm)を活⽤
異種アーキテクチャなデバイス・エッジ・クラウド間でWasmのライブマイグレーション（実⾏状態を維持しつつ別マシンで処理を再開）を可能にするク•© SAKURA internet Inc.

ラウ
サ ド・ーバ DCエッ

アプリ

ジサーバ

デバイス

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ソフトウェアの動的適応性を実現する
超個体型分散コンピューティング実⾏基盤 詳細

中⽥研究員(実⾏時性能と両⽴するWebAssemblyライブマイグレーション)

研究の背景
•

Wasmにおける⾼性能な実⾏⽅式••

Just-In-Time(JIT)：関数の初回呼び出し時にコンパイル
Ahead-Of-Time(AOT)：事前にコンパイル

研究の難しさ••JITやAOTは、アーキテクチャ依存・ネイティブレジスタなどを使⽤仮想マシン状態とネイティブ状態の組み合わせが必要

Wasm
プログラム

Wasm
プログラム

処理状態

処理状態

エッジ向け
Wasmランタイム

クラウド向けWasmランタイム

処理状態

処理状態

ARMマシン

X86_64サーバ研究の⼿法など••© SAKURA internet Inc.

ネイティブ・Wasm仮想マシン表現形式間の変換機構
JIT・AOTコンパイル時にマイグレーションを容易にするマーカを挿⼊
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鈴⽊研究員異種OS機能連携によるセキュアコンテナの実現
研究の⽬的•

軽量かつカーネル脆弱性を回避できるセキュアコンテナの実現

研究のうれしさ•

軽量かつ既知、未知の脆弱性に対処できるコンテナ実⾏環境の提供が可能になる

概略
••
•

© SAKURA internet Inc.

異種OS上でLinuxコンテナを互換実⾏
Linuxカーネル脆弱性の無効化
異種OS独⾃のセキュリティ機構適⽤

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鈴⽊研究員異種OS機能連携によるセキュアコンテナの実現 詳細(FreeBSDを⽤いたプロトタイプの実装)
Capsicumによるリソース制限

研究の背景
•

OSカーネルを共有するコンテナはカーネル脆弱性の影響を受ける

アプリケーションが利⽤するリソースに最低限の権限設定

研究の難しさ•

堅牢さとアプリケーション実⾏性能のバランス研究の⼿法など•••© SAKURA internet Inc.

FreeBSD上でLinuxコンテナを互換実⾏軽量なLinuxバイナリ互換実⾏機構の利⽤
FreeBSDのセキュリティ機構を⽤いた
グローバルリソースアクセス制限と、アプリケーションI/Oの検査機構実現

Casper

Application

I/Oの検査機構

File A
Capabilities
WRITE
READ

システムコールの検査

システムコール発⾏

Linuxバイナリ互換機能(Linuxulator)

LinuxとFreeBSDのシステムコール変換
FreeBSD18

菊地研究員エッジ・Fogコンピューティングに関する研究
研究の⽬的•

エッジ（地域DC）・クラウドをシームレスに利⽤できるコンピューティング環境の実現

研究のうれしさ••

どんな場所でもコンピューティングの恩恵を受けられる世界の実現
コンピューティングおよびネットワーク利⽤の最適化（地産地消化）•災害時などネットワーク的に縮退した環境でも、稼働・利⽤を継続できる環境の実現

概略•

地域網や携帯網から利⽤可能な地域DCへのネットワーク接続を実現する

クラウド

クラウド

クラウド

コア網＝
インターネット網

地域設置DC
地域IP網=フレッツ網© SAKURA internet Inc.

（有線）キャリアネット
ワーク

携帯電話網

携帯ネットワーク

⾃営網

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菊地研究員量⼦暗号通信のクラウド・DCへの導⼊に関する検討
研究の⽬的•

量⼦暗号通信に対応した、⾼セキュアクラウド、またサービスプラットフォームの実現

研究のうれしさ•医療・ゲノム、ヘルスケア、政府、防衛など、⾼セキュリティが求められる顧客向けに、クラウドサービスを提供可能にする

概略••© SAKURA internet Inc.

「量⼦クラウド」構想の⼀翼を担う形で、データセンター間の量⼦暗号通信⽅式、データセンター間横断の秘密分散ストレージ、それ等を組み込んだサービスプラットフォームの試作検討を実施する
量⼦暗号通信⽅式については、複数⽅式（OTP⽅式、QKD⽅式）をデータセンター間通信に適⽤するトライアルを実施する
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坪内研究員AI for SRE(Site Reliability Engineering)
クラウドアプリケーションの障害管理のためのAI活⽤

研究の⽬的
•

機械学習を⽤いてクラウドアプリケーションの障害管理を⾃動化する

研究のうれしさ•エンジニアが⻑年の知識や経験がなくとも障害に⾼速に対応できる

概略
•
•
•

© SAKURA internet Inc.

テレメトリデータが過剰 → 「計測・保存・解析」の各段階で⾃動AIフィルタ
障害時の学習⽤テレメトリが不⾜ → Chaos Engineeringでデータの⽔増し⼤規模⾔語モデルによる障害診断の⾃動化（調査段階）

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坪内研究員AI for SRE(Site Reliability Engineering) 詳細(テレメトリデータをふるいにかける)

研究の背景
•

テレメトリデータ量が過剰で「計測・保存・解析」の負荷が⾼い

研究の難しさ••保存

解析

必要なデータがどれかは事前にはわからない研究の⼿法など•

計測

保存負荷 → 異常や参照頻度を考慮した⾃動サンプリング
解析負荷 → 障害に関連するメトリ
クスのみを機械学習により⾃動抽出※1

異常や参照頻度を考慮したサンプリング

時系列の変化点の密度分布を基にした抽出 ※1※1 Yuuki Tsubouchi, Hirofumi Tsuruta, MetricSifter: Feature Reduction of Multivariate Time Series Data for Efficient Fault Localization in Cloud Applications, IEEE Access (ACCESS), 2024.
© SAKURA internet Inc.

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⼩⻄研究員

HPC環境の整備と国内外の有益データに対するライフサイクルオーケストレーションに関する研究
研究の⽬的• HPC環境を活⽤し、国内外から収集される有益なデータのライフサイクルオーケストレーションを最適化することです。
• データのライフサイクルは、収集、処理（変換・解析等）、分析、共有、アーカイブ、削除といった⼀連の段階を含む総称として定義されます。
• この研究により、⼤量のデータを効率的に処理、分析する能⼒の向上と、新しい科学的発⾒やビジネス上の洞察を加速が期待されます。

研究のうれしさ• データ駆動型の意思決定プロセスの⽀援により、新薬の開発や気候変動に関する研究など、多岐にわたる分野での進展が期待される。
• HPC環境の整備により、計算資源を最⼤限に活⽤することで、研究者や企業が⼤規模なデータセットに対する⼀つ先の洞察を得る。
• 国際的なデータ共有とコラボレーションが促進されることで、より⾰新的な解決策が⽣まれやすくなります。

研究所での関連活動•

国⽴遺伝学研究所での共同研究（ゲノム解析処理のハイスループット化）© SAKURA internet Inc.

The illustration emphasizes the data lifecycle stages: collection,processing, analysis, sharing, archiving, and deletion, showing
how various types of data, including genomic data, circulate
through each stage within a High Performance Computing (HPC)
environment.

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⼩⻄研究員

次世代のゲノム医療を⾒据えた、データ解析フローのオーケストレーション （セキュアなデータ移動と⾼いコスパの実現を⽬指す）

⾼速GPUを活⽤したゲノム解析ソフトウェアの性能評価
Dorado 1) Oxford NanoporeのDNAシーケンサー⽤のベースコーラー

特徴:

1: https://github.com/nanoporetech/dorado•

波形データから塩基配列に変換する⾼速処理を実⾏•

機械学習を活⽤した⾼精度な解析•

データ変換にGPUを使⽤し、処理を加速•

1サンプル約750GBの圧縮ファイルで構成されている
遺伝研igtで約15倍⾼速に解析できる「これまで4時間かかる処理が15分で終わる」
Doradoで基本的なゲノム配列解析が1サンプル/15min
96サンプル/day
2880サンプル/month

3,046,120円 / 2880サンプル =⾼⽕⼒PHY利⽤期間
送り

Wang Y, Zhao Y, Bollas A, Wang Y, Au KF. Nanopore sequencing technology,bioinformatics and applications. Nat Biotechnol. 2021;39(11):1348–65.

© SAKURA internet Inc.

実⾏

戻り1057円/サンプル※ただし、最低2ヶ⽉の利⽤

現在の全ゲノム解析の価格は10万円を切っているなかで、解析コストを下げる⾼性能GPUの利⽤は必⾄の情勢になります。

複製無駄時間の無い効率的なパイプライン

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鶴⽥研究員⼤規模⾔語モデルを⽤いた材料データベースの構築
研究の⽬的•

⼤規模⾔語モデルを⽤いて、科学論⽂等から⾃動的かつ⾼精度に材料情報を抽出し、データベースを構築する

研究のうれしさ••マテリアルズ・インフォマティクス分野の発展に寄与し、計算機を⽤いた材料設計・探索を加速する
⽣成AI向けクラウドサービスの科学分野への応⽤を促進する

概略•••© SAKURA internet Inc.

京都⼤学複合原⼦⼒科学研究所との共同研究
これまでの共同研究の成果をML分野の国際会議
ICMLA 2023で発表 (右図)
現在、情報抽出⼿法に関する研究が進⾏中25

鶴⽥研究員

AI創薬の実現に向けた⼤規模⾔語モデルに関する研究
研究の⽬的•

抗体のアミノ酸配列データを⽤いて⼤規模⾔語モデルを構築し、AI技術を活⽤した創薬プロセスの効率化を実現する

研究のうれしさ•••

従来の創薬プロセスの膨⼤な時間とコストを⼤幅に削減できる
Unmet Medical Needsを満たす医薬品の開発に利⽤できる⽣成AI向けクラウドサービスの科学分野への応⽤を促進する

概略
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© SAKURA internet Inc.

創薬スタートアップCOGNANO社との共同研究
COGNANO社の創薬データセットに関する論⽂は、世界最⾼峰のAI国際会議NeurIPS 2023に採択
共同研究の成果を国際会議に投稿予定
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朝倉研究員「社会に開かれた教育課程」の実現に向けた研究
研究の⽬的•

情報活⽤能⼒の育成について、⽣涯教育を前提とした学校と社会が連携する
持続可能な学習体制のモデルを構築する

研究のうれしさ•

誰もが⾼⽔準の情報活⽤能⼒を獲得することにより、その効果としてより進化したデジタル社会の実現が可能となる

概略•••© SAKURA internet Inc.

北海道新冠町における学校教育と社会教育との連携
デジタル・シティズンシップ教育の普及を通じたデジタル社会における学⼒観や市⺠性の在り⽅検討
SAJ「ワクワクする学びの場創造研究会」を通じた企業と学校の連携機会創出
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朝倉研究員「社会に開かれた教育課程」の実現に向けた研究 詳細
研究の背景
••
•

企業による学校⽀援の取り組みの多くは⼀過性である
少⼦化、労働⼈⼝減少により旧来の学校教育体制の維持が難しくなっている
世界的に教育政策が転換期を迎えている

研究の難しさ•⽇本の教育政策や教育⾏政が地⽅分権を謳いながらも未だ中央集権的であり、学校や教員の裁量が限定的で企業の⽴場からの⽀援がしにくい構造である研究の⼿法など••© SAKURA internet Inc.

⼩中学校の部活動を通じた教育体制のデザイン実験（新冠町商⼯会との連携を検討中）
デジタル・シティズンシップ教育ワークショップ実施や、セミナーを通じた教材及びワークショップデザインの開発（国際⼤学GLOCOMとの共同研究を検討中）
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