DigiFarm: Oracle Cloud上のニューラル・ネットワーク・モデルを使用した作物の最適化
DigiFarmは、クラウドネイティブの精密農業プラットフォームをOracle Cloud Infrastructure(OCI)で実行し、農家や他の農業企業がシードされた現場エーカー境界を判断するのを支援します。
Oracle Bare Metal GPU上で機能している深いニューラル・ネットワーク・モデルにより、DigiFarmは欧州宇宙機関(ESA)から光衛星画像を採取し、その解像度を増やし、30か国で14,000人の製作者が、シードされたフィールド・エーカー境界を92%の精度で描くまで助けた地理的マップを提供。
アーキテクチャ
Amazon Web Services (AWS)のパブリック・バケットを使用して欧州宇宙機関(ESA)から衛星イメージを収集した後、イメージはOracle Cloud Infrastructure (OCI)上のインスタンスに取り込まれ、Oracle Cloud Infrastructure Object Storageに配置されます。
DigiFarmは、ディープ・ニューラル・ネットワーク・モデルをトレーニングして、7つのOracleベア・メタル・サーバー上のプライベート・サブネット内のイメージの解像度を分類および拡張します。
DigiFarmは、NVIDIA Tesla A100、V100およびP100 GPUの組合せを使用して、拡張イメージを分析し、農家のシード・エーカーの正確な境界を決定するのに役立つ推論モデルを適用します。境界が整列されると、イメージはブロック・ストレージに格納され、地理参照マップに変換されて、DigiFarmのクライアントで使用できるようになります。
DigiFarmのクライアントは、Oracle API Gatewayを使用して地理参照マップにアクセスできます。これは、Oracle Cloud Infrastructure Functionsにブロック・ストレージから細かいイメージを取得するように指示します。
次の図は、アーキテクチャを示しています。最初のイメージは機械学習トレーニングおよび推論ワークフローを示し、2番目のイメージはクライアント・サービス・ワークフローを示しています。
- フィールド描画トレーニング・インスタンス(ベア・メタルおよびブロック・ストレージ)は、Dockerイメージを使用してプロビジョニングされます。
- フィールド解放トレーニングインスタンスは、ネットワーク・アドレス変換(NAT)ゲートウェイを使用してESAまたはその他のソースから衛星画像データをダウンロードし、そのデータをブロック・ストレージに格納します。
- フィールド・デリネーション・トレーニング・インスタンスは、共有データベース・システムからメタデータを取得することによって、ベア・メタル上のNVIDIA GPUで実行されているDigifarmのニューラル・ネットワーク・アルゴリズムを使用してイメージを拡張します。画像の機能改善が完了すると、フィールド・デリネーション・トレーニング・インスタンスは廃止されます。
- 拡張イメージはオブジェクト・ストレージに保存されます。
- フィールド解放およびディープ分解推論エンジンは、オブジェクト・ストレージからデータを取得し、ベクトル化を適用し、地理参照マップを構築します。
- Digifarmのクライアントは、OCI APIゲートウェイを使用して公開されるAPIを使用して、地理参照マップにアクセスします。
- APIにより、クライアントはOracle Cloud Infrastructure Functionsプラットフォーム上に構築されたユーザーサービス関数のライブラリにアクセスできます。
- ユーザー・サービス関数は、オブジェクト・ストレージから最適化された衛星画像を取得し、フィールド境界線の多角形とメタデータにアクセスします。
アーキテクチャには次のコンポーネントがあります。
- リージョン
Oracle Cloud Infrastructureリージョンは、可用性ドメインと呼ばれる1つ以上のデータ・センターを含むローカライズされた地理的領域です。地方は他の地域から独立し、たくさんの距離(国や大陸など)を分けることができます。
- コンパートメント
コンパートメントは、Oracle Cloud Infrastructureテナンシ内のリージョン間論理パーティションです。コンパートメントを使用して、Oracle Cloudでリソースを編成し、リソースへのアクセスを制御し、使用割当てを設定します。特定のコンパートメント内のリソースへのアクセスを制御するには、誰がリソースにアクセスできるか、および誰が実行できるアクションを指定するポリシーを定義します。
- アイデンティティおよびアクセス管理(IAM)
Oracle Cloud Infrastructure Identity and Access Management (IAM) is the access control plane for Oracle Cloud Infrastructure (OCI) and Oracle Cloud Applications.IAM APIおよびユーザー・インタフェースを使用すると、アイデンティティ・ドメインおよびアイデンティティ・ドメイン内のリソースを管理できます。各OCI IAMアイデンティティ・ドメインは、スタンドアロンのアイデンティティおよびアクセス管理ソリューションまたは異なるユーザー人口を表します。
- 可用性ドメイン
アベイラビリティ・ドメインは、リージョン内のスタンドアロンで独立したデータ・センターです。各可用性ドメインの物理リソースは、フォルト・トレランスを提供する他の可用性ドメインのリソースから分離されます。アベイラビリティ・ドメインは電源や冷却、内部アベイラビリティ・ドメイン・ネットワークなどのインフラを共有しません。そのため、1つの可用性ドメインで障害が発生しても、リージョン内の他の可用性ドメインには影響しません。
- フォルト・ドメイン
フォルト・ドメインは、可用性ドメイン内のハードウェアおよびインフラのグループです。アベイラビリティ・ドメインごとに3つのフォルト・ドメインがあり、独立した電源とハードウェアです。複数のフォルト・ドメインにリソースを分散する場合、アプリケーションは、物理サーバーの障害、システムのメンテナンス、およびフォルト・ドメイン内の電源障害を許容できます。
- 仮想クラウド・ネットワーク(VCN)およびサブネット
VCNは、Oracle Cloud Infrastructureリージョンで設定する、カスタマイズ可能なソフトウェアで定義されたネットワークです。従来のデータ・センター・ネットワークと同様に、VCNではネットワーク環境を完全に制御できます。VCNには複数の重複しないCIDRブロックを含めることができ、VCNの作成後に変更できます。VCNをサブネットに分割できます。サブネットはリージョンまたは可用性ドメインにスコープ指定できます。各サブネットは、VCN内の他のサブネットと重複しない連続した範囲のアドレスで構成されます。サブネットのサイズは、作成後に変更できます。サブネットはパブリックまたはプライベートにできます。
- セキュリティ・リスト
サブネットごとに、サブネットとの間で送受信を許可する必要があるトラフィックのソース、宛先およびタイプを指定するセキュリティ・ルールを作成できます。
- 動的ルーティング・ゲートウェイ(DRG)
DRGは、VCNとリージョン外部のネットワーク(別のOracle Cloud InfrastructureリージョンのVCN、オンプレミス・ネットワーク、別のクラウド・プロバイダ内のネットワークなど)間の、同じリージョン内のVCN間のプライベート・ネットワーク・トラフィックのパスを提供する仮想ルーターです。
- ネットワーク・アドレス変換(NAT)ゲートウェイ
NATゲートウェイを使用すると、VCN内のプライベート・リソースは、着信インターネット接続にそれらのリソースを公開せずに、インターネット上のホストにアクセスできます。
- インターネットゲートウェイ
インターネット・ゲートウェイによって、VCNのパブリック・サブネットとパブリック・インターネット間のトラフィックが許可されます。
- APIゲートウェイ
Oracle API Gatewayでは、ネットワーク内からアクセス可能なプライベート・エンドポイントとともに、必要に応じてパブリック・インターネットに公開できるAPIを公開できます。エンドポイントは、API検証、リクエストとレスポンスの変換、CORS、認証と認可およびリクエスト制限をサポートします。
- Bastionホスト
要塞ホストは、クラウド外のトポロジに対する安全で制御されたエントリ・ポイントとして機能するコンピュート・インスタンスです。要塞ホストは、通常、非武装ゾーン(DMZ)でプロビジョニングされます。クラウドの外部から直接アクセスできないプライベート・ネットワークに機密リソースを配置することで、機密リソースを保護できます。トポロジには、定期的に監視および監査できる単一の既知のエントリ・ポイントがあります。そのため、トポロジへのアクセスを損なうことなく、より機密性の高いコンポーネントの表示を回避できます。
- 仮想マシン
Oracle Cloud Infrastructure Computeサービスを使用すると、クラウド内のコンピュート・ホストをプロビジョニングおよび管理できます。CPU、メモリー、ネットワーク帯域幅およびストレージのリソース要件を満たすシェイプを使用してコンピュート・インスタンスを起動できます。コンピュート・インスタンスの作成後、セキュアにアクセスしたり、再起動したり、ボリュームのアタッチとデタッチを行ったり、不要になったら終了したりできます。
- トレーニング・インスタンス:これらのインスタンスは、ニューラル・ネットワーク・シミュレーションなどのアプリケーション・モデルの開発と検証に使用されます。トレーニング・ノードは、Oracle Cloud Infrastructure Object Storageからデータを取得し、使用されているモデルに従ってデータに対して操作を実行し、アタッチされた共有Oracle Cloud Infrastructure Block Volumesにデータを格納する強力なインスタンスです。
- 推論サーバー:これらのインスタンスは、トレーニング・ノードによって処理され、ブロック・ボリュームに格納されてユーザー・アプリケーションによる消費用にデータを準備します。
- ベア・メタル:ベア・メタル・シェイプは、コンピュート集中型のワークロードが少ない仮想マシン・インスタンスと比較して、計算時間を50%削減できます。
- 関数
Oracle Cloud Infrastructure Functionsは、完全に管理された、スケーラビリティに優れたオンデマンドのFunctions-as-a-Service (FaaS)プラットフォームです。これは、Fn Projectのオープン・ソース・エンジンによって機能します。ファンクションを使用すると、コードをデプロイし、直接コールするか、イベントに応答してトリガーできます。Oracle Functionsでは、Oracle Cloud Infrastructure RegistryでホストされているDockerコンテナが使用されます。
- データベース・システム
データベース・システムにより、Oracle Cloudでライセンス込みの価格でOracleデータベースを簡単に構築、スケーリングおよび保護できます。Oracle Cloud Infrastructureを利用して、クラウド・データベースとともにデータ・センター内のOracleデータベースを管理することもできます。
- オブジェクト・ストレージ
オブジェクト・ストレージは、データベースのバックアップ、分析データ、イメージやビデオなどの豊富なコンテンツなど、あらゆるコンテンツ・タイプの構造化および非構造化データにすばやくアクセスできます。インターネットから直接またはクラウド・プラットフォームから、安全かつセキュアにデータを格納し、取得できます。パフォーマンスやサービスの信頼性が低下することなく、ストレージをシームレスにスケーリングできます。迅速、即時、頻繁にアクセスするために必要な「ホット」ストレージには、標準ストレージを使用します。長期間保持し、ほとんどアクセスできない「コールド」ストレージのアーカイブ・ストレージを使用します。
- ブロック・ボリューム
ブロック・ストレージ・ボリュームを使用すると、ストレージ・ボリュームを作成、アタッチ、接続および移動し、ボリューム・パフォーマンスを変更して、ストレージ、パフォーマンスおよびアプリケーションの要件を満たすことができます。ボリュームをインスタンスにアタッチおよび接続した後は、そのボリュームを通常のハード・ドライブのように使用できます。また、データを失うことなく、ボリュームを切断して別のインスタンスに接続することもできます。
構築およびデプロイ済の特長
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