20「ものづくり」の現場が大きく変わろうとしている。従来は人の手で行ってきた作業の多くを、産業用のロボットなどを用いて無人化し、作業効率や安全性の向上を図るFA(ファクトリーオートメーション)化が進んでいるのは周知のことだろう。大きな変革は、そのFAを支える産業用ネットワークに起きている。Ethernet)で接続する動きが始まったのだ。この「地殻変動」とも呼べる大きな変革に対して、ルネサスが素早いアクションを起こした。産業用イーサネット通信LSIの提供を開始するのだ。—産業用イーサネット通信LSIを発表されました。「ものづくり」の現場で何が起きているのか、開発の背景をうかがいます。今回発表した「R-IN32M3シリーズ」は、FAの新たな流れに対応した産業用イーサネット通信ASSP(特定用途向け標準製品)の第一弾です。多数の製造装置や生産設備がネットワークで結ばれ自動化が進んだ先進的なものづくりがFA(ファクトリーオートメーション)です。Controller)などのネットワーク、モータを回したりロボットを動かすネットワーク、そして末端のセンサやモータという具合にピラミッド型の階層的な構造をしています。ところが、各階層内での通信法はまちまちで、ピラミッドの上の方はイーサネット(Ethernet)、その下の階層からは各社がそれぞれ独自の規格という複雑なネットワーク構成が長年続いていました。それが、最近になって通信ネットワークのすべてをイーサネットで統一しようという考えに変わってきています。通信をイーサネットで統一することで、工場における情報の透過性が良くなり、また、コスト圧縮も可能になるからです。このことは産業用ネットワークの「地殻変動」とも言える大きな変革です。—イーサネットは世界中のオフィスや家庭でお馴染みのコンピュータネットワーク規格です。産業用イーサネットは一般的イーサネットとは何か異なりますか。FAで使われる産業用イーサネットは、一般のイーサネットとは少々異なっています。一つはさまざまなプロトコル(手順の規格)があることです。POWERLINK」、「EtherCAT」などのプロトコルが存在しています。したがって各々の規格に対応した通信LSIが、個別に必要になるというやっかいな問題があります。一つは、きちんと決まった時間での処理を、かつ高い精度で処理するリアルタイム性と高速性が求められることです。一つのPLCに何百ものモータやセンサが接続されることは珍しくありません。PLC直近の機器と離れた位置にある機器とで応答速度が異なれば、全体の歩調は一番遅い機器に合わせなければならず、生産性が落ちてしまいます。「R-IN32M3シリーズ」は、こうした事情を踏まえて、高速化と各規格に対応できるマルチプロトコルを実現した製品であり、イーサネットのアクセラレータやRAM(1.3MB)も載せたワンチップソリューションです。イーサネットに比べ、産業用イーサネットでは通信LSIに求められる要求が高いようですね。高速化をはじめとした、「R-IN32M3シリーズ」の特長をおうかがいしましょう。リアルタイムOS(RTOS)をハードウエアで構成した、「RTOSアクセラレータ」の搭載が大きなポイントです。すべてをCPUに委ねるソフトウエア処理にすると時間がかかります。処理時間に大きなバラツキ、つまり応答の揺らぎが大きくなるという問題があります。Cortex-M3を採用していますが、RTOSは独自のハードウエア(*1)で構成しました。することで全体として5から10倍の高速性と低揺らぎを実現しています。*1:カーネロンシリコン社のARTESSO技術をベースにしています。同じCPUを使って割り込み発生から作業開始までにかかるクロック数で比べてみると、ソフトウエアOSでは850~2000クロックを要するのに対して「R-IN32M3シリーズ」では124から150クロックで済みます。スピードで5.6~16倍、応答までの揺らぎ幅では1/40以下ということになります。二つのタスクを走らせた場合の処理時間を比較したのが下の図4です。「R-IN32M3シリーズ」が3倍速いのが分かります。実際には二つではなく数十を超えるタスクが継続して走りますので、その差はもっと大きくなります。マスタからスレーブへ割り込みをかけ、スレーブからの応答時間を比較したのが図5です。こちらも6.5倍速くなっています。図4と5は50MHz駆動時のデータを表していますが、今回リリースした製品は100MHzのため、実際にはより高速処理で低揺らぎを実現しています。これだけの性能を引き出している例は今までにありません。高速化の言い方を変えれば、同じ処理をする場合に消費電力を少なくできることを意味します。FAの世界では高速・大容量通信が求められ、同時に省電力化も必須要件です。精密な位置決めを必要とする半導体製造装置では振動を極力抑えるためファンを使うことが許されず、制御ボードの消費電力を下げて発熱を抑える必要があります。ソフト処理の場合にCPUが300~400MHz(の能力と相当する消費電力)を要する処理を、「R-IN32M3シリーズ」ではわずか50MHzでこなします。ハード化による高速化とマルチプロトコル対応などのフレキシビリティは相反する関係にあるため、一概にハード化すれば良いというわけではありません。「R-IN32M3シリーズ」ではプロトコル処理部分やRTOSの一部はソフトウエアに残すなど、柔軟性を確保する仕組が組み込まれています。—既にサンプル出荷が始まっているとのことですが、今後の予定やビジョンをお聞かせください。数ある産業用イーサネット規格は、いずれもオープンな団体が策定管理しています。ルネサスはその多くにメンバーとして参加していますので、ニーズの変化にいち早く対応できます。した中、ギガビットPHYの搭載、ネットワークの制御からモータ制御などのモーションコントロールへの対応など、FAにおける応用の幅を拡げる予定です。イーサネットの拡がりはFAだけに限りません。大量のデータをネットワークに流すといったアプリケーションは身の回りにあふれています。「R-IN32M3シリーズ」の技術はそうしたニーズに応え得るものであり、応用の幅をどんどん拡げたいと考えています。—「R-IN32M3シリーズ」が世界の「ものづくり」現場を支え、また、その技術が新たなアプリケーションを生み出すことに大きな期待を寄せましょう。