組込システム会議「ESC SV 2008」レポート

会期：4月14日～18日(米国時間)

会場：米国サンノゼ McEnery Convention Center

　組み込みシステムには何だかんだといってコントローラは必須。そして世の中の組み込み向けコントローラは、CPUの出荷量のほとんどを占めている(写真01)。残りの2%をIntelとかAMDがCore 2やCeleron、PhenomやAthlon 64で争っている、と考えるといかに残りのパイが大きいかわかろうというもの。もっともその大きいパイを狙うベンダーの数は、これも桁違いに多いわけで、当然競争は熾烈である。

　さてその組み込み向け、さすがに64bitはごく一部のハイエンド向けであり、メインストリームは8/16/32bitとなる。「今更8bit」などという事なかれ。こともあろうに8051にZigBeeの物理層や論理層、S/W Stackなどを集積した「新製品」が未だに登場したりしているほどに、8bitは非常に重要なマーケットである。単純に言えば、おおむね2～3ドル未満、現実問題として量産時には1ドル未満(30セントとか60セントとか)という価格の製品が、その代わり数百万個とかの単位で生産されることになるので、ビジネスとして小さくはない。

●8bit/16bit to 32bit Migration

【写真01】これは初日の基調講演の中でゲストとして招かれた、Nich Tredennick氏のプレゼンテーションから。かつてMotorolaでMC68000の開発に携わり、その後はIBMのMicro/370の開発をしたり、NexGenでDirectorをしたり、AlteraでChief Scientistをしたり、と忙しい人。このプレゼンテーションは、「5分で判る業界の未来」というスピーチの一部で、今後はMicroProcessorからMulti-Processorにシフトしてゆくという話が骨子であるが、「20年前、組み込み向けプロセッサは総プロセッサの98%を占めていた。今もやはり98%だ。そして20年後は99.8%になると思う」との事

　この8bitマーケットでかなり大きなシェアを持っているのが、米MicrochipのPICである。PICは日本でもかなり普及しているから、ご存知とか、使ったことがある、といった人は多いと思う。現時点では8bitがPIC 10/12/16/18、これを16bit化したPCI24F/PIC24H/dsPIC30/dsPIC33といったラインナップが用意されている。実はこれらのプロセッサ、微妙に相互の互換性が無い(少なくともバイナリレベルでの互換性はない。なにしろ命令語長そのものが違っている。加えて、アセンブラレベルでも完全な互換性は取れていない)とか、アセンブラがやや変態である(笑)といった難点はあるものの、周辺回路が色々統合されており、ちょっとした制御を行なうシステムが簡単に出来ること、さまざまなコンフィグレーションが用意されており、用途に応じた製品を選べること、とにかく価格が安いこと(一番安いPIC10F200のVolume Priceは$0.39! )などもあり、広く利用されている。この8bitのPICを16bitに拡張したのがPIC24シリーズ、更にそこにDSPエンジンを搭載したのがdsPICということになる。このdsPICクラスだと、例えばdsPIC33Fだとハイエンド品は40MIPSあたりになるから、性能的にはARM7とオーバーラップするほどで、かなりの機能を盛り込めることになる。とにかく選択の範囲が広いことと安いことが相まって、広く使われているのがPICと考えれば良い。今年2月には、60億個のPICを出荷したなんて話が出てくるほどに、世の中にはPICが普及している。

　このPICシリーズ、昨年11月に32bit拡張したPIC32を発表したが、ここで驚いたのがMIPS32コアを搭載したこと。今年2月には、性能を強化してUSB OTG(On-The-Go)機能を搭載した新シリーズを発表したり、会期初日となる15日には更に製品を拡充したりというわけで、ラインナップの強化には余念が無い。会場での展示もこれを反映してか、PIC32や、8bit/16bitでもUSB OTGを搭載したものを多く展示していた(写真02～05)。

【写真02】USBから電源を取って動作するPIC32のスターターキット。一応開発環境が一揃いで、$49.99。MIPS32を使いたい! という人に、なぜか大人気	【写真03】Starter KitでEthernetを利用できるようにするExpansion Board。今のところ公式には発表されていない
【写真04】こちらはPIC32を搭載したExplorer 16 Development BoardにUSBホスト機能を追加するUSB PICtail Plus Daughter Board(右端)を組み合わせた構図	【写真05】これはPCI32 QVGA Demo Boardと紹介されており、現時点ではまだラインナップに入っていない。SEGGER emWin Graphics Libraryを搭載しているとか

　ちなみに、既に互換性などあまり考慮していないこともあってか、「これって昔の8bitとか16bitのPICのプログラム動くの? 」と聞くと「Cのプログラムなら、共通のシンボルライブラリが用意されてるから、それを使えばそのままコンパイルできる」とのお返事。「16bitはともかく8bitでCなんか誰も使わないでしょ? 」と突っ込むと「まぁね」との事。ただしピン配置や周辺ハードウェアのI/Oアクセスに関しては互換性を持たせているし、コンパイラやICEなんかは従来と共通だとのお話。コアがMIPS32 4Kという決してパワフルではないものだし、Flashは最大512KB、RAM容量は最大32KBというあたり、組み込み用としてはかなり大きなものだが、MIPS32としてはやや狭い感じもしなくはない。とりあえず同社としてはこれで8bit/16bit/32bitの全セグメントをカバーしたことになり、おおむねARM 9相当程度まで満遍なくラインナップを揃えられたということで、後は製品バラエティを増やす方向に進化するようだ。

　これとよく似た形だが、少しだけ戦略が異なっているのがATMELのAVR。AVRというのは、ちょうどPICとよく似たポジションを狙っている。ただ後追いという事もあり、

・プログラミングが遥かに容易(アセンブラが変態ではない(笑))
・周辺機器の制御が容易
・開発環境が(PICと比べて)安価

といった点が特徴。PICより使いやすい、という点が最大の特徴と言っても良いかもしれない。ラインナップも豊富で、8bitのAVRの場合用途別に Automotive AVR/AVR Z-Link/CAN AVR/LCD AVR/Lighting AVR/megaAVR/Smart Battery AVR/tinyAVR/USB AVR/XMEGA といったジャンルで製品が揃えられている。このAVRシリーズも、32bitのAVR32を昨年6月に発表、その後順調に製品ラインナップを増やしつつある。会場はやはりAVR32を使っての開発キットを前面に打ち出しての展示であり(写真06～12)、既存のAVRのユーザーをそのまま取り込みたいという意思をはっきり感じさせた。

【写真06】AVR32を使ったメディアプレイヤーの実演。DVD映像(MPEG2ストリームと思われる)をストレス無く再生できる様が示された	【写真07】こちらはTabletを組み合わせたIA(Internet Applianceデモ)。液晶は7～8インチクラスのもの	【写真08】AVRの基板はこんな具合に背面に実装

【写真09】MP3プレイヤー実演のデモ。ボードは同社の評価ボードのATEVK1100に、どうもオーディオ出力だけ増設した模様	【写真10】搭載されていたのは32UC3A0512。このデモでの動作周波数は33MHzと言っていた

【写真11】8bitのAVRで使われるデバッグツールのAVR ONE! がそのままAVR32にも利用できる	【写真12】JTAGICE mkIIもやはりAVR32で利用できる。ただこの互換品のAVR mkII LiteまでAVR32をサポートするかは不明

　ただこのAVR32、既存の8bit AVRとは「全く互換性がない。32bit CPUはスクラッチから作り上げたもので、フィロソフィーは8bit AVRと同じだし、周辺回路なども互換性はあるが、プログラムはもう一度作り直す必要がある」(会場の説明員)と割り切った姿勢。「レジスタサイズとか互換性を取るのは不可能なので、32bitに最適化した。もちろん開発ツールは8bit AVRと共通だし、ソフトウェアはAVR同様に無償で入手できる」というあたりが、PIC32との大きな違いというべきか。

　もっともATMELの場合、これとは別にARM7/ARM9、それに8051ベースのMCUを未だにリリースしており、互換性が必要なケースではこちらを薦めるということなのかもしれない。「互換性は(AVRには)それほど重要ではない」と断言する姿勢が、非常に印象的であった。

　こうした8/16bitと32bitのMigrationの先駆者といえばFreescaleで、8bit MCUと32bitのColdFireを無理やりFlexisというシリーズで統合してしまった。ここはある意味Microchipに近い(というか、順序を考えればMicrochipがFreescaleの真似をしたというべきなのだろうが)アプローチで、周辺I/Oやパッケージ/ピン配置などを共通化し、更にC言語レベルでの互換性を保証している。Freescaleの強みはCodeWarriorという統合開発環境を既に持っていることで、このため見かけ上8bitと32bitでプログラミングが変わらない(*1)あたりが強みである。逆に弱点はこのCodeWarriorが結構高価な事で、無償のAVR32とか、有償ながら(CodeWarriorほど)高価ではない(*2)PIC32に対する弱点と言えよう。Freescaleは今回のESC、特に新製品というわけではないが、USB EnabledなFlexis JMシリーズのMC9S08JM60(8bit)とMCF51JM128(32bit)を差し替えながら、3軸センサーの出力をUSB経由で出力するというアプリケーションがどちらのプラットフォームでも動くことをアピールしていた。

　ATMEL/Freescale共、8bit/32bitという組み合わせで、あえて16bitを埋めていない。これは32bitのローエンド品で16bit品を埋められるからという発想だと思われる。16bitコアを持ち合わせていないATMELはともかくFreescaleは自動車向けにS12/S12X 16bit MCUをラインナップしていながら、これをFlexisに加えていないのは、その必要が無いと判断したからであろう。もっとも自動車向けとして同社は最近S08SGシリーズや9S08DZシリーズといった8bit MCUの新製品を投入しており、ここで8bit/16bitの連携が取れていない事になる。このあたりを今後整理するのかどうかがちょっと注目したい部分だ。

　これとは逆に、16bit品を猛烈に充実させることで全ジャンルをカバーできるとしているのがTI。MSP430シリーズで「8bit～32bitの用途まで全部カバーできる」という発想である。会場では意外にMSP430を使った展示は少なく、ARMベースのプロセッサやOMAPの開発キットなどが展示されている程度だったが、それとは別に“430 Day 2008”と銘打ったセミナーを15・16日にほぼ終日実施しており、単なる展示から一歩踏み込んだ内容を説明していた。実は同種のものは昨年日本でも開催されており、今年も5月20日～6月6日に掛けて国内14会場で開催される予定だ。実は昨年の日本でのセミナーの1つに筆者も参加したのだが、「8bit～32bitまでの用途のほとんどがMSP430シリーズで解決できる」という強いTIの意思を感じる内容であり、その良し悪しはともかく、これはこれで1つのソリューションであろうなと思った。

　TIとは逆に、8bitから32bitまで幅広い製品ラインナップを揃える形で勝負、というのがRenesas Technology。日本においては携帯電話やカーナビ向けプロセッサの印象が強い同社だが、米国マーケットでは総合MCUベンダーとしてビジネスを行なっており、会期中には「2007年、MCUのマーケットで29億ドルを売り上げ、売上金額ベースNo.1 MCUサプライヤーとなった」というプレスリリースを出したほど。このプレスリリースの中で、2009年度には16/32bitに新しいアーキテクチャを投入することを明らかにしており(写真13)、引き続き8～32bitまで幅広く品揃えを維持してゆくことを明らかにしている。

　こうした積極的なベンダーの一方で、あまりやる気が感じられないベンダーも当然ある。STMicroelectronicsは同社のSTM32をベースにしたSmart Sensor(写真14)やモーター制御(写真15/16)の実例を出していたが、開発ツールはというと要するにCortex-M3ベースだから、これをサポートしたサードパーティのツールが一杯あるというお返事。一応同社は8bitのST6/ST7/μPSDと16bitのST10、そして32bitがARM7/ARM9/Cortex-M3というラインナップを持ってはいるが、今回は事実上STM32のみの展示と言ってもよく、それも単に展示するだけといった雰囲気であった。

【写真13】2009年Q2にRXファミリーを投入、2012年には毎月1億ユニットのMCUを販売する(現在は5,000万個)といった、壮大な目標もプレスリリースには語られていた	【写真14】温度、照明、MEMS(振動/加速度センサーなどを念頭においているらしい)センサーをまとめて制御できる、というのがウリ。GPSも連動できるので、例えば自動車の車内制御なども考えている模様

【写真15】こちらは精密モーター制御の例。PWM制御を簡単に行えます、という事らしい	【写真16】モーター制御基板の例。手前が制御ユニットで奥が実際のモーター駆動部

(*1) もっとも昨年Freescaleの中の人に聞いた話では、「そうはいっても元々全然違うものを無理やりCodeWarriorの皮をかぶせただけなので、細かいところまでの互換性は取りきれない」といったところだとか。ただあれからもう1年近く経っているので、今では多少状況が改善されていることを期待したいが。

(*2) このあたりは非常に微妙。例えばCodeWarriorも制限付きだが無償のものとか、フル機能だが一定期間無償とかいうものもあり、他方PIC用は体験版コンパイラが無償だが、一定期間が過ぎると最適化レベルが下がるとか、色々ありすぎである。なので、一番安いものを比較すると全部無償になるので高いも安いもないわけだが、実際に一切制限の無い開発ツールフルキットを揃えようとすると、やはりCodeWarriorは高価である。

●32～64bit

　こうした8～32bitの上、というマーケットにフォーカスを当ててきたベンダーも当然ある。最右翼がSun Microsystems。何せ最終日には“Chip Multithreading”なんて基調講演を行なった(写真17)ほどで、“Chip Multithreading”と“Embedded”がどう繋がるのかに興味を持った観衆は筆者だけではなかったらしく、それなりに基調講演にも人数は集まった。

　が、内容はというと、EmbeddedはEmbeddedでも、ちょっと方向性が違う(写真18)。最後にUltraSPARC T2がEmbedded向けにSuitableだ(写真19)という話が出てくるに至り、さすがに「お前の言うEmbeddedって何だ? 」という質問が出る事に。「もちろん我々は携帯電話とかを考えているわけではない。通信の分野などで、高いパフォーマンスが必要とされる用途向けだ」としていたが、そうした用途向けに開発したというよりは、UltraSPARC T2が利用できる用途をEmbeddedの分野で探したら、通信の分野があった」という雰囲気が強い。会場ではリファレンスボードも公開されていた(写真20)が、大きさや構成を考えればわかる通り、あまり一般の用途には適さない。SPARCファミリーでは、かつてX端末などにmicroSPARCという低価格、低消費電力の製品がよく利用されていたが、こうしたジャンルに再参入する意思はなさそうであった。

【写真18】副題の“The Processor Architecture for the Future of Embedded Systems”に(筆者を含めて)惹かれたわけだが、さすがに基調講演の途中で隣人と「何か違うね」、「違うね」	【写真19】右下にTILERA、中央にRMIが出てくるあたりで何かおかしいと気づかねばいけなかったのだが……まぁCISCOが出てくるあたり、ターゲットはCISCOのようなベンダーということになる	【写真20】そもそもメモリがFB-DIMMの4chというあたり、どうしても実装面積は大きくならざるを得ないし、95WのTDP枠をカバーできるような場所といえば、19インチラックに入れてまとめて冷却できるようなケースが一般的である。現実問題は大規模なルータや、ATCAのブレードというあたりが主な使い方になるだろう

　これよりももう少し幅の広い範囲をカバーしているのがMIPS Technology。同社の場合ショーケースでパートナー企業の製品を紹介するという形を取っていたが、ローエンドにはmicrochipのPIC32に搭載されるMIPS32 4Kがあり、その上にはRMI(Raza Microelectronics, Inc)がAMDから買収してラインナップに加えたAlchemyシリーズのAu1000～1500シリーズが控えている。その上位には、MIPS32 24Kや34Kを搭載したコア、更にはMIPS64を搭載したコアが控えている。会場で目についたのは、MIPS32 34Kコアを搭載したMSP8210のリファレンスボード(写真21)、CAVIUM NETWORKSのOCTEON Processor(写真22)、RMIのXLR532(写真23)といったハイエンド品であり、MIPS Technology自体4月1日にMIPS32 1004Kというお化けコアを発表したばかりということもあって、ハイエンドマーケットでSPARCやPowerPCなどと戦ってゆく、という姿勢を改めて打ち出した感じを受けた。

【写真21】MSP8210はMIPS34Kにメモリインタ－フェースやPCIインターフェースのほか、同社のMSBus(Multi-Service Bus)経由で10/100/1000BASE-T MAC×3やUSB×2などを統合したボード。SMB向けのRegidential GatewayやNASコントローラといった用途に最適とされている	【写真22】搭載されているのはOCTEON CN3850。MIPS64コアを8つ搭載し、GbEポート×8かSPI 4.2×2を内蔵するというお化けチップ。もっともOCTEONのラインナップの中では、これはもはや下位製品。上位になると、1GHz駆動のMIPS64コアが16個搭載されたOCTEON Plusなども昨年発表されており、このあたりは確実にUltraSPARC T2の性能を超えていると思われる	【写真23】同じMIPS64コアながら、RMIが独自に拡張を施し、1コアあたり4Threadを同時に扱えるようになっている

　そのPowerPC陣営であるが、意外に目立たなかったというのが実情だ。Power.orgの牽引役の片割れであるIBMはブースを出しておらず、もう片割れであるFreescaleはPowerQUICCベースの製品展示を行なっていたほか、e300のDual CoreであるMPC5123の展示なども行なっていたが、いまいちパワー不足の感は否めない。その他のベンダーは、というとAMCCがブースを出していたものの、今回展示されたものは(IBM Microelectronicsから買収した)PowerPC 400シリーズをメインとした製品のみで、やはり新味に欠ける。ところでAMCCといえば、MPF2007でTitanを発表したわけだが、ここで公表されたスケジュールが正しければそろそろ製品が出ても良いはず。ということで話を聞いてみると、Titanの開発はまだ行なわれており、今年中には設計が終わり、来年あたりには製品がでるかどうか、といったところの模様。やはりそれなりに手間が掛かっているようだ。低消費電力のPowerPCといえば、米P.A. Semiがまず挙がるわけだが、こちらはAppleによる買収が報じられており、普通に考えたら同社のPA6T/PA7Tといったプロセッサ単体やプロセッサのIP Coreをを同社が外販するとは考えられない。したがって、低消費電力のPowerPCコアとなると現状可能性があるのはTitanしかないわけで、このまま製品化に繋げてほしいものである。

□ESC SV 2008のホームページ(英文)
http://www.cmp-egevents.com/web/esv/home
□ESC SV 2008レポートリンク集
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2008/link/esc.htm

(2008年5月1日)

[Reported by 大原雄介]