プロトタイプから量産まで 活用広がる産業用SBC：過酷な環境への耐性が強み（1/2 ページ）

生産ライン停止の防止や、AI対応アプリケーションの普及拡大などを背景に、産業用シングルボードコンピュータ（SBC）への需要が高まっている。処理性能だけでなく、過酷な環境を含めさまざまな現場で動作する信頼性の高さが求められているからだ。

[Shawn Luke（DigiKey），EDN Japan]

　製造現場では生産ラインの停止ほど頭の痛い問題はない。関係者全員にとって、時間とコストの浪費になる。製造現場で想定外の操業停止が発生すると、1時間当たり平均26万米ドルもの損失につながる。

　こうした損失を防ぐために産業用オートメーション、エッジコンピューティング、AI対応アプリケーションの普及が進む中、信頼性の高いシングルボードコンピュータ（SBC）への需要が高まっている。産業用SBCは、コンピュータに必要なさまざまな基本要素と処理能力、コネクティビティを1枚の小型基板に統合していて、要求の厳しい産業環境に適したデバイスでもある。

　DigiKeyは、Raspberry Pi、Gateworks、NXP Semiconductors、EDATECのエキスパートに、最新の組み込みシステムやエッジコンピューティングシステムにおける産業用SBCの重要性の高まりについて聞いた。

SBCの台頭

　産業用オートメーションやエッジコンピューティングの発展を背景に、SBCの利用が急速に広がっている。産業用SBCは、ソフトウェアPLC（Programmable Logic Controller）やマシンビジョンなど、さまざまな用途に利用できる柔軟性と拡張性を備えたプラットフォームを提供する。

　SBCの活用範囲は工場内にとどまらない。医療機器、石油／ガス分野のフィールドコントローラー、パワーグリッド監視システム、鉄道システムなど、信頼性が不可欠の組み込みおよびエッジコンピューティングシステムにも広く利用されている。その他にも、ドローン、無人航空機（UAV）、宇宙分野、車車間/路車間通信（Vehicle to everything：V2X）ソリューションなど、先進的な用途でもSBCの利用が進んでいる。

　産業用SBCが持つ最大の強みは、従来型の電子機器では耐えられないような厳しい環境で運用できる点である。高い耐久性を持つ産業用SBCは、温度、湿度、粉じんが電子機器の性能に影響を及ぼす過酷な産業環境に理想的なデバイスだ。こうした厳しい条件下で動作できるよう、産業用SBCは信頼性を重視した設計が施されている。例えば、部品点数を少なくすることで、部品故障によるシステム障害の発生リスクを低減している。さらに、SBCは電力変動にも高い耐性を備え、連続稼働を前提に設計されている。

　エッジコンピューティングの拡大に伴い、こうした特性に対するニーズが増加している。これらの特性を活用したアプリケーションは情報をリアルタイムに処理し、意思決定の迅速化と運用効率の向上を実現できる。

実際の開発現場における設計課題への対応

　SBCにはさまざまな利点があるものの、エンジニアにとって課題となるのが、プロトタイプから実運用システムへ移行するプロセスである。エッジAIなどの大規模な用途でSBCを導入する際には、メモリ、熱設計、コストといったさまざまな制約がある。

　時間制約の厳しいワークロードを扱うには、データ収集ポイントの近くで演算を実行することが必要になる。具体的には、品質管理向けのマシンビジョンや、単なる生データではなく実用的なインサイトを提供するAI分析による予知保全などが挙げられる。こうしたニーズに対応するため、演算性能、コネクティビティ、エネルギー効率をバランス良く備えたプロセッサが求められている。半導体メーカーは、そうしたプロセッサのラインアップ拡張に力を入れていて、NXP Semiconductorsもそうしたメーカーの1社だ。

　Raspberry Piのシニアセールスエグゼクティブ、Dave Lee氏はエッジ処理の負荷増大に伴ってメモリの重要性が高まっていると説明する。また、現在発生しているメモリとRAMの記録的な供給不足の背景には、クラウドプロバイダーによる広帯域メモリ（HBM）の利用拡大があると指摘する。

「Raspberry Pi Compute Module 5」の外観［クリックで拡大］ 出所：Raspberri Pi

　SBCの場合、CPUから補助デバイス、周辺モジュールにデータが転送されるため、集中的なエッジ用途ではメモリへの負担が大きい。その対応策として、Raspberry Piでは、DRAMとストレージメモリの調達先を複数のサプライヤーに分散している。その一例が「クラムシェル」と呼ばれる設計で、基板の両面にDRAMを1個ずつ配置する構成を採用している。入手が難しい4GB（ギガバイト）メモリが必要な場合でも、Raspberry Piでは2GBメモリを2個基板上に搭載する構成で対応している。