大原雄介のエレ・組み込みプレイバック

昨今のArm MCU事情、そして今後の方向性（1/3 ページ）

エレクトロニクス／組み込み業界の動向をウオッチする連載。今回は、2019年10月の業界動向の振り返りとして、昨今のArm MCU事情を考察する。

公開 2019年11月22日 10時24分

著者

大原雄介

[TechFactory]

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　今月はちょっと、昨今のArm MCU事情をまとめてみたいと思う。

　Arm MCUが現在MCUで一番ドミナントな位置を占めているのはご存じの通り。ただ従来の「メインストリームがCortex-M4を中心としたコアにSRAM/Flashと周辺回路を組み合わせたもの、ローパワー向けはコアをCortex-M0+にして周辺回路も低消費電力化を図ったもの、低価格向けはコアをCortex-M0にして周辺回路も絞ったもの」というモデルが次第に変わりつつある気配を、この10月にはいろいろな形で感じた。こうしたものを紹介しながら、方向性をちょっと説明していきたい。

高性能品の高動作周波数化、あるいはマルチコア化

　これまでハイエンドと言えば、2014年に発表されたSTMicroelectronicsのSTMF7シリーズが有名であった。こちらは90nmのeFlashプロセスで製造され、最大動作周波数は216MHz。Cortex-M4コアの特徴である5 CoreMark/MHzという高いCPUパイプラインの構成もあって、1000 CoreMarkオーバーという強烈な性能を誇っていた。ここに殴り込みをかけたのがNXPである。2017年にCrossover Processorという名称でCortex-M7コアのi.MX RT 1020とi.MX RT 1050の2製品を投入する。こちらの製造プロセスは発表されていないが、40nmプロセスと目されている。この後NXPはi.MX RTシリーズのラインアップを増やしていくが、今年発表されたi.MX RT 1170は28nmのFD-SOIプロセスを利用することで遂に動作周波数が1GHzに到達する（写真1）。

写真1：2D GPUを搭載する関係で、評価キットには液晶が付属する。このあたりは、同じくChrom-ARTという2Dグラフィックスアクセラレータを搭載するSTM32F7x5/6/7の評価キットと同じ

　FD-SOIプロセスを利用したことで、1GHzで動作中も消費電力を非常に低く抑えているのが特徴ではあるのだが（写真2）、STMF7シリーズとの最大の違いは（i.MX RT初代からではあるが）最初からFlashの搭載を諦めていたことだろうか。実際MCUの動作速度のボトルネックはFlashの速度が間に合わないことに尽きる。STM32F7の場合、キャッシュおよびTCMに加えてART AcceleratorというFlash Acceleratorを搭載してこれに対応していた。このあたりは自社でまだFabを保有しているSTMicroelectronicsならではという感じだが、逆に完全にファブレスになったNXPはプロセスで頑張るのをあっさりやめて、FlashはQSPI経由で外付けにし、その分SRAMを大量搭載してCodeもSRAMにロードして実行する、という力業で解決した。実は今回FD-SOIを採用と聞いて「いよいよMRAM搭載のMCUか？」と一瞬期待したのだが、そういう話では無かったのはちょっと残念である。

写真2：Cortex-M7とM4の両方のコアでCoreMarkを実施している結果が、トータル6400CoreMarkオーバーというスコアになっている。ちなみに「触ってみてもいいぞ」というので動作中にi.MX RT 1170に触れてみたが、ほんのり温かい程度。実際ヒートシンクもなしに稼働していた

Cortex-M7とM4の両方のコアでCoreMarkを実施している結果が、トータル6400CoreMarkオーバーというスコアになっている。ちなみに「触ってみてもいいぞ」というので動作中にi.MX RT 1170に触れてみたが、ほんのり温かい程度。実際ヒートシンクもなしに稼働していた

　それはともかくとして、STM32F7にも共通する話ではあるが、ハイエンドではHMI向けの用途を念頭に、2Dのグラフィックスアクセラレータを搭載するようになっている。もちろん2Dの表示機能、という話は別にこれらが最初と言う訳ではなく、例えばMicrochipのPIC24FJ256の様に、VGA～WVGAサイズの2Dアクセラレータを搭載した16bitの製品はいくつか存在したし、自動車向けには2Dアクセラレータを搭載した製品（主にインスツルメントパネル向け）があるが、自動車向けを除くとHMIといっても例えば生産現場のコントロールパネルなど、それほど見た目が重要視されない用途に限られており、本格的なGUI（要するに消費者受けするような、派手なGUI）を要するマーケット（例えばKIOSK端末とか）には、従来は2Dないし3D GPUを搭載した、それこそCortex-A5とかCortex-A7クラスのCPUコアを搭載したMPUが採用されていた。こうしたマーケットを今後はMCUで次第に置き換えていきたいというのが、STMicroelectronicsやNXPの思惑である。理由は簡単で、Cortex-Aクラスですらコスト的に厳しい、というニーズが増えてきたためである。Cortex-AだとLinuxをベースにアプリケーションを組むことになるから、フレームバッファとは別に外付けのDRAMが必要になる。コアそのもののライセンス料もCortex-Mよりは若干高めになるし、ほとんどのMPUはアナログ周辺回路は持っていないから、こうしたものも外付けにすると、BOMコストで10ドルを切るのはなかなか難しい。これがMCUになれば、仮にフレームバッファ用のSDRAMを外付けにしたとしても10ドルを切る価格にするのはそう難しくはない。

　ちなみにCortex-M7はもともとの発表時にAtmel、Freescale、STMicroelectronicsの3社がライセンスを取得している事が明らかにされており、FreescaleはNXPによる買収後に製品を出荷した。Atmelを買収したMicrochipはSAM S70/E70シリーズをリリースしているが、同社はどちらかというと自動車向けを考えているようで、Ethernet AVBを搭載する一方でHMI向けの機能は搭載していない。特にE70シリーズは完全に自動車向けという構成で、他社の様に自動車向けMCU（厳密に言えば、ECU向けMCU）のラインアップを持たない同社がこのマーケットに参入するための武器、という扱いになっているのでちょっと分けて考えた方がよさそうだ。ほかにCypressがCortex-M7ベースPSoCを噂されているものの、今のところ製品としてはリリースされていない。

　では他ののメーカーは手をこまねいているのか？というとそういう事もなく、Cortex-M4とCortex-M0+の組み合わせ、あるいはCortex-M4やCortex-M33のデュアルコア構成などを投入している。例えば2019年10月8日に発表されたRenesas RAシリーズなどその好例で、当初の製品には含まれないが、ロードマップには200MHz駆動のCortex-M33のデュアルコア構成が含まれている。あるいはまだ試作品であるが、SamsungのMusca-S1（写真3）などもこの例だろう。

写真3：パネル展示ではあったが、Musca-S1の構成。もっともこのチップはSamsungの28nm FD-SOIプロセスを利用した、Embedded SRAMの実装とBody Biasingによる省電力性のアピールがメインのチップなので、ちょっと意味合いは異なるが

　自動車向けの場合はコストよりも性能ということで、それこそ28nmとか40nmプロセスを利用した大容量Flashを搭載したMCUが存在するが、民生用のMCUはまだコスト的に28nmの本格利用に踏み切れない。必然的に動作周波数をそうそう引き上げるのも難しいわけで、マルチコア化に進むのは必然なのかもしれない。

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これを読めばここ1カ月のエレクトロニクス／組み込み業界の動きが分かる連載。注目すべき市場動向と注目すべき製品を取り上げます。

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