ルネサスのNXP分析と狙う車載半導体市場

2017年12月27日2017年12月28日 WithHappy

EE Times Japan、2107年12月26日にルネサスCEO、呉文精（くれぶんせい）氏のインタビュー記事が掲載されています。

この中で、ルネサスが、競合NXPをどのように評価分析しているか、車載半導体のどの市場を攻めていくかを語っています。前回投稿で述べたように、車載MCUの開発動向は、弊社が扱う家庭や個人向けIoT MCUにも強い影響を与えます。記事の中から、この車載MCU開発動向に関する部分を抜粋します。

ルネサスのNXP評価分析

ルネサスがIntersilを買収した理由は、アナログ半導体の利益率の良さ。NXPは、もともと車載MCUに強いFreescaleを買収したので、最近のNXP車載MCU新製品は、ルネサスの脅威であり過小評価はできない。
QualcommによるNXP買収は、国境を越えた合併なので社風、社員の相性問題あり。ビジネスモデルもNXPとQualcommで異なる。シナジー効果を早期発揮するのは困難で、短期的にはルネサス有利。

ルネサスは、Intersilのアナログ回路を手に入れました。この結果、RL78/G11やRL78/L1Aのように、汎用MCUへアナログ回路を実装し、他社差別化の動きを加速すると思います（アナログ強化については、2017年8月3日投稿のRL78ファミリのロードマップも参照）。

ルネサスは量産車の車載半導体を狙う

NVIDIAやIntelは、ハイエンド（超高性能、大電力使用、高価）GPUからのアプローチ。ルネサスは、車のボリュームゾーン（量産車）に適用できる低消費電力で、低価格、機敏な計算能力を持つMCUからのアプローチ。
ルネサスは、量産車に載る半導体市場を狙う。

以上2項目について記事を抜粋しました。ルネサス（＋Intersil）が思い描く車載半導体ビジネスが良く判る記事です。

車載メモリ

車載MCUの高性能化は必須です。もう1つの車載半導体のトピックは、メモリだと思います。

この場合のメモリとは、従来のEEPROMに相当する電源OFFでもMCU必須パラメタなどを保持できる不揮発性メモリを含みます。ルネサスの車載メモリ動向（この場合はフラッシュROMですが）は、2017年12月11日投稿で記載しています。

例えば、走行距離などは、バッテリーを外しても保持する必要があり、高信頼で不揮発データ蓄積の要求は、EV→自動運転レベルが高度になればなるほど高まります。

Cypressは、FRAM（強誘電体メモリ）という新しい技術を車載、IoT両方に提唱しています。SRAMと同様に重ね書き可能で短いアクセス時間、書換え回数も多くデータ保持期間100年（リテンション）という長さが特徴です。

FRAMの詳細は、chip1stopのCypressインタビュー記事で解ります。

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低価格、高性能、大容量メモリのMCUは、IoT MCUの要件でもあります。EVや自動運転の技術開発は急速で、しかも車載半導体は、大量生産が期待出来るので、MCUベンダ間の競争は激化しています。車載半導体でデファクトスタンダード技術になると、IoTへもそのまま使われることは、十分あり得ます。

2018年IoT市場予測

2017年12月23日2018年2月11日 WithHappy

2017年末、IoT関連の2018年～2020年頃までの市場予測記事が多く発表されました。その中から4記事をピックアップして要約を示します。IoT開発者は、開発業務への対応だけでなく、急激に変わるかもしれない市場把握も必要です。

JEITA発表 2018対前年比2％プラス成長、2020東京オリンピックまで継続、家庭や個人向けが最大市場

JEITA：Japan Electronics and Information Technology Industries Association（ジェイタ）は、日本電子工業振興協会（JEIDA：ジェイダ）と日本電子機械工業会（EIAJ）が統合したITと電機産業の業界団体で、電機という枠を超えてトヨタ自動車やソフトバンクも参加しています。12月19日発表記事が、PC Watchに掲載されています。

2018年、電子情報産業の世界生産は、対前年比4％増（2兆8,366億ドル）、日本生産は前年比2%増（39兆2,353億円）の見通し。2020東京オリンピックまで成長継続。
IoT市場は、2030年には世界404.4兆円、日本19.7兆円とそれぞれ2016年調査の約2倍に成長する見通し。特に、今年スマートスピーカーで話題となった家庭や個人向けが一番大きな市場になる。

EVより自動運転が半導体消費は大きい

EE Times Japan12月14日掲載の新しい半導体の流れを作る、IoTと5Gによると、

自動車搭載の半導体需要は、EVが400米ドル、自動運転レベル３が800米ドルで、レベルが向上すると半導体搭載額はさらに高額となる。

手間を考えると、車載半導体をリサイクルすることは無いでしょう。車の平均寿命を10年としても、毎年膨大な数の車載半導体が消費されることになります。さらに、顧客（車ベンダ）のMCU高性能化やメモリ量増大の要求も強いので、数兆個とも言われるIoTの家庭や個人向けMCUも、この車載MCUの流れに沿ったものへ変わるかもしれません。

自動運転で半導体消費が増える理由は、車載センサーで見えない先方の情報をネットワーク経由で取得し、運転制御に利用するからです。車載MCUに高速で膨大な計算量、大容量メモリが必要になるのもうなずけます。

セキュリティ課題と対策

ネット接続で問題となるセキュリティ課題と対策については、12月19日Tech Factory掲載の【徹底解説】つながるクルマ「コネクテッドカー」のセキュリティ課題と対策に解説（要無料会員登録）されています。

ウイルスバスターで有名なトレンドマクロは、家庭、自動車、工場の3領域に対してIoT戦略をとる。
コネクテッドカー以外のIoTデバイスでも同じセキュリティ課題が下記。ソフトウエアセキュリティが最重要。

組込みソフトにも、ウイスル対策ソフトをインストールすることが必要になるのでしょうか？　私はRTOSに実装してくれることを望んでいます。

IoTエンジニア不足

日経IT Pro12月19日、日本のIT人材は「IoT初心者」、エンジニア2000人調査で判明では、

IoTや人工知能を担う先端IT人材は、2020年には48000人不足

と分析しています。

職種が広範囲なので、実際の開発者が何人不足するかは私には不明ですが、2020東京オリンピック位までは、IoT開発者が忙しいのは確からしいです。

ここで挙げた予測の全てが確実だとは言い切れません。しかし、開発者は、ここ数年で起こるかもしれない家庭や個人向けIoT MCUの変化に対応しつつ、IoTサービス企画立案、最新技術に基づいた高速な開発技術が求められるようです。

数か月の開発期間が終わって気が付くと、浦島太郎になったということだけは避けなければなりません。

RL78 Quick Solution

2017年12月21日2017年12月21日 WithHappy

RL78 Quick Solutionは、RL78マイコンのアプリケーション「実例」です。従来ベンダ提供サンプルソフトの枠を超え、アプリ動作ハード基板：PCB、部品BOM、ユーザーズマニュアル（残念ながら英文ですが…）も「ルネサスが提供」します。

アプリケーション実例の貴重性

PCB Soulution (Source: R01AN3909EC0100 Rev.1.00)

顧客に製品を納める方法は色々ありますが、PCBも含めて納めることは稀です。製品を求める顧客にとってPCB（ガーバーファイル）の必要性は低く、逆に開発側にとってPCBはノウハウの塊だからです。

例えば、Figure 3.3/3.4で太い配線を部分的に使っています。これは電流容量を稼ぐためです。回路設計者が、回路図にコメントを付記しても、PCB化時に実際にどの太さを用いるかは、アートワーク担当者が決めます。また、どのように配線するかでノイズ耐力や部品実装のし易さも変わります。PCBはこれら検討結果が反映されており、開発側の実力を示しています。

ベンダのMCU評価ボードは、STM32 Nucleo boardなどでもPCB＆BOM掲載が一般的になってきました。しかし、アプリケーションレベルでのPCB掲載は、珍しいと思います。つまり、このRL78 Quick Solutionは、アプリ開発側にとって貴重な情報源と言えます。

ソリューション例

2017年12月現在のソリューション例が、上記です。例示したセーフティライトカーテン以外に10種掲載中です。ガーバーファイルやBOMがありますので、ハード製作は出来ます。勿論、動作ソフトもサンプルソフトではなく、アプリケーションソフト（！）が添付されています。

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個人的意見を言わせてもらえれば、コストレベルでは、さらに改良の余地が残されたソリューションが多いと思います。ルネサスRL78マイコンを存分（！）に複数使っている箇所があるからです。しかし、高性能マイコン1個で開発するより、複数MCUの方がソフト開発は楽でしょう。機能追加も容易です。

従って、MCUコストとソフト開発リスクのどちらに重点を置くかで、意見が分かれるでしょう。

ルネサスがこのアプリケーション例を公開した背景は、より多数のルネサスRL78マイコンを、より簡単開発で購入してもらうためだと思います。それでも、開発側にとって貴重な情報であることに変わりありません。

ソリューションは、定期的に追加されます。ソルーション例に近いアプリケーション開発を検討されている方は、是非参考にしてください。

マイコンデータシートの見かた（最終回）

2017年12月15日2017年12月20日 WithHappy

現役STマイクロエレクトロニクスの「メーカエンジニアの立場」から記載された、ユーザ質問の多かった事項を中心にマイコンデータシートの見かたを解説する記事（連載3回目）の最終回を紹介します。

全3回の連載記事内容

第1回：凡例、絶対最大定格、一般動作条件、電源電圧立上り/立下り（2017年10月1日投稿済み）
第2回：消費電流、低消費電力モードからの復帰時間、発振回路特性（2017年10月29日投稿済み）
第3回：フラッシュメモリ特性、ラッチアップ/EMS/EMI/ESD、汎用IO、リセット回路（←今回の投稿）

マイコンデータシートの見かた

3回分割のマイコン個別機能データシートの見かた、最終回ではSPIとADCの記載データ見かたが当初予定に追加されました。SPIは、接続デバイスがASICやFPGAの場合の注意点、ADCは、アナログ回路なので消費電流が大きくなる点に注意すべきだと記載されています。

当然のことですがデータシートは、データ値の羅列です。従って、そのデータ値の意味と解釈の仕方は、例えば記事図9の赤囲みコメントで付記されたようにすべきです。しかし、普通は残念ながら赤囲みコメントは、データシートには付いていません。

従って、この赤囲みコメントが自然に頭に浮かぶような勉強、半導体の基礎知識がマイコンを使うには必要で、その知識を背景にデータ値を読むことを記事は求めています。

連載3回範囲のデータシート見かたまとめ

フラッシュメモリは、高温使用時、データ保持年数が短くなる。データシート記載値は、MCU内部書込み/消去時間であり、書込み開始～終了までの作業時間ではない。書き換えビットが増えると消費電流も増える。
EMS/EMI/ESDは、MCUを実装した基板や使用環境に依存。データシート記載値は、MCU「単体の能力」。
汎用IOは、電源電圧を下げると端子駆動能力も下がり、立上り/立下り時間が長くなる。しかし、STM32MCUは、駆動能力をレジスタで設定できるので遅くなることを抑えることができる。
MCUリセット回路設計時は、フィルタリング信号幅のグレーゾーンを避けることが必須。
SPIは、接続デバイスがASICやFPGAの場合、十分なタイミングマージンが必要。
ADCは、アナログ回路のバイアス電流のため消費電流が大きくなる。また電流変動で変換誤差が増える。

全て学んだ後の開発着手では遅い！

開発者に求められるのは、「開発したもの」です。

そして、多くの場合、短い期限付きです。問題は、この期限内で、なにがしかの結果、成果を出さなければ、開発者としてはNGなことです。しかし、成果を出すには勉強、知識も必要です。

初心者は、この勉強、知識の入力時間と、成果の出力時間の配分が上手くありません。ベテランになると知識も増えますが、入出力の時間配分が上手く、結局何らかの成果も生みます。特に開発者は、全行程の自己マネジメント（時間配分）にも注意を払う必要があります。

例を挙げると、夏休みの自由課題を何にし、休み中にどのように仕上げるか、です。もし提出物が無ければ、課題に取り組んでいないのと（殆ど）同じです。

残業時間制約も厳しく、開発者にとっての作業環境は厳しくなる一方です。弊社マイコンテンプレートとMCUベンダ評価ボードとの組合せは、開発者が求められる出力を早期に生み出すツールになると思います。

100MBフラッシュマイコンとFreeRTOS

2017年12月11日2017年12月11日 WithHappy

ルネサス、100MB超の大容量フラッシュ内蔵、160℃で10年以上のデータ保持もできる車載可能な次世代マイコン実現にメドの記事が、EE Times Japanで12月6日発表されました。

これは、ルネサスが車載半導体シェア30％を狙う動きとリンクしています。マイコンは、ROM128KB、RAM128KB（Cypress PSoC 4 BLEの例）の「キロバイト」容量から、5～6年後には「メガバイト」へと変わろうとしています。

FreeRTOS

Richard Barry氏により2003年に開発されたFreeRTOSもVersion 10が発表されました。12月3日投稿で示したようにアマゾンがAWS：Amazon Web Service接続のIoT MCUにFreeRTOSカーネルを提供したことで、マイコンへのFreeRTOS普及が一気に進む可能性があります。

従来のFreeRTOSは、5KB以下のROMにも収まりリアルタイム性とマルチタスク処理が特徴で、小容量マイコンでも十分に使えるRTOSでした。しかし、Amazon FreeRTOSの魅力的ライブラリをフル活用すると大容量ROM/RAMが必要になるハズです。フラッシュ大容量化、製造技術の細分化の流れは、マイコン高性能と低消費電力ももたらし、Amazon FreeRTOSを使用しても問題はなさそうです。

世界的な電気自動車化：EVシフトの動きは、マイコンに数年で激しい変化を与えます。弊社もCortex-M0\M0+コアに拘らず、STM32F1で使ったCortex-M3コアなどの更に高性能マイコンにも手を伸ばしたいと考えています。

ポイントは、FreeRTOSだと思います。その理由が以下です。

Amazon FreeRTOS対応のSTM32L475 Discovery kit for IoT Nodeのサイトで、AWS経由でどのようにクラウドに接続し、評価ボード実装済みの各種センサデータをグラウド送信する様子や、逆にグラウド側からボードLEDを制御する様子が英語Video（約11分）に紹介されています。
英語ですが、聞き取り易く、解り易いので是非ご覧ください。

Videoで使用したサンプルソフトも同サイトからダウンロードできます。殆ど出来上がったこのサンプルソフトへ、必要となるユーザ処理を追加しさえすれば、AWS IoT端末が出来上がります。

追加ユーザ処理は、FreeRTOSのタスクで開発します。タスクの中身は、初期設定と無限ループです。無限ループは、使用マイコン（Videoの場合はSTM32L4+）APIとFreeRTOS APIの組合せです。

つまり、従来マイコン開発に、新たにFreeRTOS API利用技術が加わった構成です。従来マイコン開発は、マイコンテンプレートで習得できます。但しFreeRTOS利用技術は、別途習得する必要がありそうです。

その他の細々したクラウド接続手続きは、通信プロトコル上の決まり文句で、独自性を出す部分ではありません。

マイコンテンプレートサイト、レスポンシブ化完了

その弊社マイコンテンプレートサイトのレスポンシブ化が完了しました。閲覧の方々が、PCやスマホで画面表示サイズを変えても、自動的に最適表示に調整します。

また、サイト運営側も従来サイトに比べ、ページ追加/削除が容易な構成に変わりました。より解りやすく充実したサイト内容にしていきます。動作テストを十分にしたつもりですが、ご感想、バグ情報などをメールで頂ければ幸いです。

複製不可な暗号鍵生成技術：Chip DNA

2017年12月4日 WithHappy

IoTデバイスのセキュリティ対策に、IC製造プロセスのサブミクロン単位の違いを利用したデバイス固有の鍵を生成する技術：Chip DNAを使った製品DS28E38がマキシムから発表されました。

Chip DNAは、デバイスの指紋認証、顔認証に相当すると言えそうです。Maximは、暗号鍵の複製や外部からの解析も不可能なため、セキュア認証はChip DNA方式に変わると考えています。

また、MOSFETデバイスに自然発生するランダムアナログ特性を利用して暗号鍵を生成し、使用後は鍵が消える、つまりワンタイムパスワード的に使える技術もあるそうです。

ソフト➡ハード➡次世代セキュリティ：DS28E38

スマホでの指紋認証の手軽さは、誰もが経験しています。Chip DNAは、ハードウエアセキュリティよりも更にセキュリティが優れています。

Chip DNAでipv4のアドレス枯渇のようなことが無いならば、決定打と言えそうです。しかも、1ドル未満のコストで実現できるそうなので、SOC：System on a chipでIoT MCUに実装すればセキュリティ問題は解決するかもしれません。

Amazon、IoTマイコンへFreeRTOS提供

2017年12月3日2020年11月11日 WithHappy

Amazon：アマゾンがFreeRTOSをカーネルにして、IoT端末とのクラウド接続、セキュリティ確保、将来的にOTA：Over The Airによるアップデート機能をライブラリで提供というニュースが入りました。

嬉しいのは、「FreeRTOS」と「OTA機能がRTOSで提供」されることです。

Amazon FreeRTOS

IoT端末とクラウドを接続するには、IoT通信プロトコルが必要です。BLE：Bluetooth Low EnergyやThreadが有力ですが、国内外の網側事情が異なるため、実質的なIoTプロトコル実装は間違いなく大変です。

もしこのIoT通信機能が、最大手アマゾンの無償ライブラリで提供され、マイコンUARTと同様にIoT Communication APIを使え、しかもセキュリティ対策済みであるならば、IoT端末は爆発的に普及するでしょう。普及の足かせとなっているIoT通信とセキュリティ問題が解決されるからです。

現在Amazon FreeRTOSのハードウエアパートナーは、テキサス・インスツルメンツ：TI、マイクロチップ、NXP、STマイクロエレクトロニクスの4社で、NXPは、LPC54018 IoT Module、STMは、STM32L4 Discovery Kit IoT Node評価ボードでサポートするそうです。

NXP、STMいずれもかなり高性能MCU評価ボードを使っていますが、これは高機能IoTエンド端末（≒簡易スマホ）を想定しているからだと思います。FreeRTOSカーネルなので、ROM/RAMが少ない低価格IoTエンド端末にも実装できるハズです。

弊社ブログでも紹介してきたFreeRTOS自身は、様々なベンダの低価格MCUにも実装実績があります。

残念ながら弊社のFreeRTOSサンプルソフトは、NXPのLPCXpresso824-MAX上で完全動作しているとは言えませんが、近いうちにSTMのSTM32F103RB（Cortex-M3：64MHz、ROM/RAM：128KB/20KB）で再チャレンジし、新たにFreeRTOS版のテンプレートを開発できないか検討中です。
※FreeRTOSサンプルソフトは、2020年版に更新しました。LPCXpresso824-MAXサンプルソフトは削除しました。

OTA機能

出荷後の組込みソフトを更新したいことは良くあります。但し、Windows更新でも失敗があるように、技術的にハイリスクで、また更新費用を顧客が負担してくれないこと（ノーリターン）も多いので、悩ましい事柄です。

Amazon FreeRTOSのOTAがRTOS関連のみか、または、RTOSにとってのアプリ、つまり開発ソフトも含むかは不明ですが、たとえRTOSのみであってもOTAが提供されれば好都合です。セキュリティ起因の不具合解消に役立つからです。

従来のベアメタル開発でもOTA関連の資料は、英語版で難解な記事はあります。しかし、私の場合は、結局現地でIDE書き換えの経験が多いです。リクスを少しでも下げたいのもあります。RTOSが機能提供してくれれば、責任転嫁（？）ですが助かります。

弊社FreeRTOSへの取組み

IoTクラウドサービスは、アマゾンのAmazon Web Services IoT：「AWS IoT」が先行し、マイクロソフトの「Azure IoT」、これらを追いかけるグーグルの「Weave」とアップルの「HomeKit」、その後ろにARMの「mbed Cloud」という状況だそうです。アマゾンは最先端を走っているのです。

先行アマゾンが2017年末に発表したAmazon FreeRTOSの詳細は不明ですが、IoT MCUのRTOSにFreeRTOSが有力であるのは、確実になりそうです。

FreeRTOSソフト開発の場合、タスク自体は簡単で単純な初期設定＋無限ループ構成です。タスク同期やタスク通信にRTOS APIが使えれば、それ程難しくはないと（今は）考えています。この考え方が、タスクが増えたりプライオリティを変えたりしても正しいか、間違っているかは、実践経験あるのみです。

個人で実践できるFreeRTOS動作環境の構築が、弊社FreeRTOS版テンプレートの目標となりそうです。