[論文レビュー] Modern Computing: Vision and Challenges

Sukhpal Singh Gill, Huaming Wu+23 more|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2024

IoT and Edge/Fog Computing被引用数 20

ひとこと要約

この論文は、現代の計算機科学における前瞻的な分類学と時代ハイプサイクルを提供し、古典的モデルからエッジ、クラウド、量子計算までのパラダイムシフト、技術、および新興トレンドを分析します。

ABSTRACT

Over the past six decades, the computing systems field has experienced significant transformations, profoundly impacting society with transformational developments, such as the Internet and the commodification of computing. Underpinned by technological advancements, computer systems, far from being static, have been continuously evolving and adapting to cover multifaceted societal niches. This has led to new paradigms such as cloud, fog, edge computing, and the Internet of Things (IoT), which offer fresh economic and creative opportunities. Nevertheless, this rapid change poses complex research challenges, especially in maximizing potential and enhancing functionality. As such, to maintain an economical level of performance that meets ever-tighter requirements, one must understand the drivers of new model emergence and expansion, and how contemporary challenges differ from past ones. To that end, this article investigates and assesses the factors influencing the evolution of computing systems, covering established systems and architectures as well as newer developments, such as serverless computing, quantum computing, and on-device AI on edge devices. Trends emerge when one traces technological trajectory, which includes the rapid obsolescence of frameworks due to business and technical constraints, a move towards specialized systems and models, and varying approaches to centralized and decentralized control. This comprehensive review of modern computing systems looks ahead to the future of research in the field, highlighting key challenges and emerging trends, and underscoring their importance in cost-effectively driving technological progress.

研究の動機と目的

• 現代の計算システムの本質的な特徴と構成要素を確立する。
• 現代の計算パラダイムを形づくった革新と行動パターンを評価する。
• 集中型対分散型モデルやサーバーレス／エッジ／量子計画動向などの主要な発展を特定する。
• 将来の研究を導く現代の計算特性の分類学とハイプサイクルを提案する。
• 現代の計算に関する未解決の課題と費用対効果の高い性能基準を強調する。

提案手法

• 特徴に基づく現代計算の新しい分類学を開発する：focus/paradigms、technologies/impact areas、trends/observations の3つの側面。
• この分類学を正当化し、欠落している視点を特定するために既存の調査のギャップ分析を実施する。
• 計算をスタンドアロン対ネットワーク化、汎用対専門化、集中型対分散型、そしてエッジ、フォグ、量子計算などの新興トレンドに分類する。
• 歴史的な進化（1960–2023）と技術的推進力を統合し、パラダイムシフトを追跡する。
• 現代計算システムのハイプサイクルを導入し、浮上するトレンドを浮き彫りにする。
• 関連研究を調査して貢献の位置づけを行い、今後の方向性を明確にする。

Figure 1: Modern Computing: A Taxonomy

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の計算システムの本質的な特徴と構成要素は何か？
• RQ2 計算パラダイムはどのように進化し、この進化に影響を与えた技術的推進力は何か（1960–2023）？
• RQ3 スタンドアロン対ネットワーク化、汎用対専門化、集中型対分散型の側面および新興トレンドを含む、現代の計算を最もよく説明する包括的な分類学は何か？
• RQ4 現代の計算における将来の研究を形作る未解決の課題と費用対効果の高い性能基準は何か？
• RQ5 現代の計算における新興トレンドを示すハイプサイクルの性質と役割は何か？

主な発見

• 初期計算から現代計算への移行の要約を提供する。
• 3つの特徴次元に沿った現代計算の分類学を提供する：focus/paradigms、technologies/ impact areas、trends/observations。
• スタンドアロン対ネットワーク化、汎用対専門化、集中型対分散型、計算トレンド、および並行 vs 逐次的方法論を含む包括的な分類フレームワークを提供する。
• 指標、効率、社会的影響、セキュリティ/コンプライアンス、経済性/マネジメントを含む影響と性能基準を特定する。
• 現代計算システムにおける新興トレンドを強調するハイプサイクルを導入する。
• 計算の特性に関する未解決の課題と今後の方向性を要約する。

Figure 2: Hype Cycle for Modern Computing