IoTとモバイルSoC：次世代デバイスのための処理能力

最初のスマートフォンが市場に登場して以来、単一のデバイスにより多くの機能を詰め込むレースが続いています。これはソフトウェアレベルでのみならず、必要な処理能力を提供する適切なハードウェアも必要とします。より小さなスペースにより多くの機能が詰め込まれるにつれて、新しいスマートフォンには、モバイルデバイスの他のサブシステムとのインターフェースを提供するデータ処理を行う、より強力なシステムオンチップ（SoC）デバイスが含まれるようになりました。

新しいスマートフォンやIoTに使用されるモバイルSoCには、LTEモデム、グラフィックスプロセッサ、人工知能（AI）機能をサポートするデジタルシグナルプロセッサ、キャッシュメモリ、デバイスセキュリティ、その他の機能が1つのチップに統合されています。IoT革命が続くにつれて、これらのデバイスの機能要求が拡大し続けるため、新製品には強力なモバイルSoCが必要になります。

IoTとモバイルSoCコントローラー

新しいIoTデバイスが、これまでコンピューターに委ねられてきたより多くのソフトウェアレベルの機能を統合することを要求するため、これらのデバイスは新しいアプリケーションで使用するためのより大きな処理能力を必要とします。想定される機能には、機械学習と人工知能が含まれ、どちらも処理能力とメモリを大量に必要とするアプリケーションです。現在市販されているスマートフォンで使用されている最先端のチップには、AppleのA12 Bionic、QualcommのSnapdragon 855、HuaweiのKirin 980があり、これらは7nmリソグラフィープロセスを使用して製造されています。下の表は、3つの機能比較を示しています。

Kirin 980とSnapdragon 855のSoCコントローラーには、ARMアーキテクチャに基づくCPUが搭載されています。これは、Advanced Reduced Instruction Set Computing (RISC) Machineの略です。このアーキテクチャは、モバイルデバイス用のコントローラーに組み込むために、マイクロコントローラーチップメーカーにライセンスされています。ARMベースのSoCコントローラーにおけるRISCアーキテクチャは、トランジスタが少なくて済むため、ほとんどの個人用コンピューターに搭載されているコントローラーよりもコストが低く、消費電力も少なくなります。これにより、ARMベースのモバイルSoCは、スマートフォン、IoTデバイス、その他の組み込みシステムに適しています。

最新世代のARM Cortex-Mプロセッサーは、セキュリティと機械学習ソリューションを提供することにより、IoTデバイスアプリケーションをターゲットにしています。これには、リアルタイムの決定論的な割り込み応答、低消費電力、32ビットまたは64ビットのワードサイズなど、高性能組み込みシステム要件も含まれます。

Cortex-M23およびCortex-M33プロセッサは、信頼できるソフトウェアのためのシステム全体のハードウェア分離を提供するTrustZone^TMというセキュリティ技術で利用可能です。Cortex-M7およびCortex-M33コアは、デジタル信号処理（DSP）および単精度（32ビット）浮動小数点処理をサポートしています。これらの機能により、コンピュータビジョンやIoTデバイスのエッジコンピューティングなどのアプリケーションでデバイス上の機械学習が可能になります。

ARM Cortex モバイルSoCマイクロコントローラ

STマイクロエレクトロニクス、STM32L552RC

STM32L552xxシリーズのデバイスは、64ピンLQFPパッケージのARM Cortex-M33 32ビットRISCコア上に構築された超低消費電力ファミリーのマイクロコントローラ（STM32L5シリーズ）です。これらのデバイスには、組み込みの高速メモリ（256 KB SRAM/512 KB Flash）、2つのAPBバスおよび2つのAHBバスにわたる豊富な拡張I/Oおよびペリフェラル、32ビットマルチAHBバスマトリックスが含まれています：

Cortex-M33コアは、単精度浮動小数点ユニット（FPU）を特長とし、すべてのArm^®単精度データ処理命令およびすべてのデータタイプをサポートしています。Cortex-M33コアは、デジタル信号処理（DSP）命令の完全なセット、TrustZone対応サポート、およびアプリケーションのセキュリティを強化するメモリ保護ユニット（MPU）も実装しています。 [製品概要より]

さらに、これらのデバイスには、2つの5 Msps 12ビットADC、2つのDACチャネル、2つのコンパレータ、2つのオペアンプ、内部電圧リファレンスバッファ、低消費電力RTC、2つの汎用32ビットタイマー、モーターコントロール専用の2つの16ビットPWMタイマー、7つの汎用16ビットタイマー、および2つの16ビット低消費電力タイマーが含まれています。デバイスは、外部シグマデルタ変調器（DFSDM）用の4つのデジタルフィルタをサポートしています。HMI統合用に最大22の静電容量センシングチャネルが利用可能です。

STマイクロエレクトロニクスからのSTM32L552RCブロック図。

STマイクロエレクトロニクス、STM32F746NG

STM32F745xxおよびSTM32F746xxシリーズのデバイスは、低価格ながらも、前のコントローラーと比較して同等またはそれ以上の機能を提供します。これらのデバイスは、ARM Cortex-M7 32ビットRISCコアに基づいています。また、IoTアプリケーションのセキュリティを強化するためのDSP命令セット全体とメモリ保護ユニット（MPU）を実装しています。このシリーズのデバイスには、高速組み込みメモリ（320 KB SRAM/1 MB Flash）も含まれており、重要なデータのリアルタイム処理用に64 KBのTCM RAMが含まれています。

前の製品に見られるバスアーキテクチャに加えて、この製品は類似の信号処理/変換機能を高度な通信機能とともに提供します：

すべてのデバイスは、3つの12ビットADC、2つのDAC、低消費電力RTC、モーター制御用の2つのPWMタイマーを含む13個の汎用16ビットタイマー、停止モードで利用可能な1つの低消費電力タイマー、2つの汎用32ビットタイマー、真の乱数生成器（RNG）を提供します。また、標準および高度な通信インターフェースも搭載しています。 [製品概要より]

NXP Semiconductors, MKL16Z256VLH4

MKL16Z256VLH4は、48 MHzで動作するARM Cortex-M0+コアに基づいた超低価格のモバイルSoCです。処理速度は遅いものの、32ビット処理、超低消費電力（スリープモード時）、組み込みメモリ（32 KB SRAM/256 KB Flash）を提供します。低価格、複数の標準通信インターフェース、アナログモジュール（16ビットSAR ADCおよび12ビットDAC）を備えているため、センサーからの信号を取得して処理する小型IoTデバイスにこの製品を使用する一例です。この製品は64ピンLQFPパッケージで提供されていますが、64ピンMAPBGAパッケージで提供されるバリアントもあります（MKL16Z256VMP4）。

NXP SemiconductorからのMKL16Z256VLH4ブロック図。

IoTおよびその他のアプリケーション領域での組み込みコンピューティングは進化し続け、適切なマイクロコントローラーやその他のプログラマブルロジックデバイスを使用することで、次のシステムのパフォーマンスを最大化できます。

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