インテリジェント車両は電力消費をよりスマートにする必要がある

先進運転支援システム (ADAS)、ソフトウェアによる診断、エンターテイメント システムがほとんどの車両に標準装備されている今日の最新式車両は、しばしば「車輪の付いたサーバー」と呼ばれます。また、車両内部だけでなく車両外部でもデータを共有するメモリとストレージ、センサー、プロセッサ、ネットワーク接続が満載のエンドポイントのクラスターとも言えます。車両の自律性が高まるほど、搭載されるインテリジェンスが増加し、さまざまなスマート要素が迅速かつ確実に連携して動作するために必要なコンポーネントの数も増加します。

これらすべてのコンポーネントは、信頼性と電力消費の観点から、スタンドアロン デバイスとして特定の要件を満たす必要があり、同時に、車両のパフォーマンスと機能の安全性を損なうような方法でリソースを競合することなく、全体として連携して動作できる必要があります。

自律性が高まると、電力を消費するコンポーネントが増える

最近のほとんどの新車にはADASが搭載されていますが、「システム」の末尾に「s」が付いていることを覚えておくことが重要です。これは1つのデバイスではなく、デバイスの集合です。

まだ古い車を運転していない限り、あなたの車には、運転自動化の6つのレベルに準拠した何らかの形のADASが搭載されています。レベル0はまさにその通りで、すべてが手動で行われることを意味します。レベル1では、通常はクルーズ コントロールの形でドライバー支援が提供されます。レベル2では、ステアリングと加速が部分的に自動化されますが、ドライバーは依然として環境を監視する責任があります。レベル3以上では、自動化が進み、自動化システムが環境を監視します。私たちはまだレベル3に到達したばかりで、レベル4と5はまだかなり先の話です。

ほとんどのドライバーにとって、車載のADASは、バックするときにビープ音で物体に近づいていることを知らせるほか、首を痛めて後ろを確認する必要がないようにリアビュー カメラも備えており、クルーズ コントロールも標準機能となっています。これらの機能には、カメラから画面にデータを取得するための接続性だけでなく、計算能力とメモリも必要です。さらに重要なのは、応答性が高く、起動が速いことです。ADASコンポーネントの大部分はパッシブであり、全体的な信頼性に貢献します。これらには、自動車回路のフェイルセーフ電源およびレギュレータをサポートする自己修復コンデンサが含まれます。

機能がスマートになるほど、カメラ、センサー、さまざまなディスプレイなど、何らかのコンピューティング、メモリ、データ ストレージに依存するコンポーネントがよりアクティブになり、電力を消費するとともに熱も発生します。これには、電力消費のバランスを取り、熱放散を管理する必要があります。

点滅する光を超えて

今日の自動車に搭載されているスマート機能のすべてが、運転手のためだけのものではありません。「チェックエンジン」ランプは車載診断（OBD）システムへと進化しており、ADASと同様に、一般的なファミリーカーや商用トラックを含む幅広い車種に標準装備されています。ダッシュボードのライトの背後には、車両の状態を常に監視し、データを記録する、ますます複雑化するシステムがあります。今日の整備士は、ボンネットの下に頭を突っ込むのと同じくらい、問題を診断するためにコンピューターを車両に接続することがよくあります。OBDシステムは現在、車両のメンテナンスと修理の重要な要素となっています。

ADASと同様に、OBDシステムには多数のコンポーネントと電子機器が必要であり、それらはすべて電力を消費します。あらゆるOBDシステムの中心となるのは電子制御ユニット (ECU) です。ECUは車両全体のさまざまなセンサーからデータを収集し、それを使用して燃料インジェクターなどの車両の部品を制御したり、問題を監視したりします。

ADASがセンサーを使用して車両の環境を監視するのと同様に、OBDシステムは車両全体のセンサーを使用して電子機器、シャーシ、エンジンを監視します。もちろん、すべてのデータが保存されるわけではありません。そうすると、必要となるストレージ容量が大きくなりすぎるからです。代わりに、システムは、入力が正常範囲外になった場合にのみ、診断トラブル コード (DTC) の形式で情報を保持します。DTCは、ECUに信号を送信させてインジケーター ライトを点灯させ、問題があることを知らせます。いわば、よりスマートなチェック エンジンです。今日の指標は、それが緊急の問題なのか、それとも待つことができる問題なのかを判断できるという点で微妙です。

OBDシステムは、車両診断以外にも、排出ガス試験を支援し、全車両の商用車テレマティクスをサポートし、燃費、運転者の行動、リモート診断に関する情報を収集して予防保守スケジュールを導きます。

楽しいドライブにはもっとエネルギーが必要

ADASおよびOBDシステムは、今日のほとんどの車両に搭載されている「インフォテインメント」の半分にすぎません。エンターテイメント システムは、ラジオだけではなくCDプレーヤーに少しお金をかけて購入するというレベルを超えています。車載GPSに加えて、加入するかどうかにかかわらず、衛星ラジオやOn-Starなどのロードサイド アシスタンス サービスや乗客インターネットに必要な接続機能を備えた車が増えています。ミニバンなどの大型ファミリーカーには、長距離ドライブ中に幼い乗客を楽しませるためのビデオコンテンツを表示するスクリーンが付いている場合もあります。また、コレクションにアクセスするために携帯電話を接続する必要はなく、車内に音楽やビデオを保存できる場合もあります。

これらすべてのシステムがあるため、「車輪の付いたサーバー」という例えは、現代の自動車をエンドポイントのクラスターと呼ぶよりも適切ではありません。そして、エンドポイントは、メモリ ストレージ デバイス、カメラ、診断信号など、当然ながら接続する必要があります。この接続により、車両内または外部の受信機間でデータがやり取りされますが、これにも電力が必要です。

接続性は電力消費を促進する

さまざまなADASおよびOBDシステム要素を接続するリンクでは、無線周波数 (RF) コンデンサとインダクタが静電放電対応インダクタに置き換えられつつあります。これは、ADAS設計全体でRFリンクとセンサーを強化できるためです。一方、パルス対応の統合コンデンサは、IRカメラ、ステレオ ビジョン、レーン キーピング モジュールで使用して、システムの信頼性を向上させることができます。

しかし、車両接続性における大きな進化は5Gであり、これはよりスマートな車両、特に将来の自動運転機能に大きく貢献します。車両の管理とメンテナンスをサポートするために、車両テレマティクス データへのアクセスが可能になりました。簡単かつ迅速に収集できるデータが増えるほど、より多くの洞察が得られ、自動車システムの設計者、車両所有者、ドライバーにメリットがもたらされます。

接続性により、車両によるデータ収集がクラウドや他の車両などの外部ソースによって補完されるため、ADASも強化されます。5Gの高速化は、自動運転を完全に実現するだけでなく、AI推論データやソフトウェアアップデートを必要に応じてリアルタイムで共有するために必要なセキュリティを提供するためにも必要になります。乗客向けのエンターテイメント機能も5G接続を活用し、パフォーマンス、信頼性、セキュリティを損なうことなく、より重要なデータ サービスと同じネットワーク機器を使用してサブスクリプション コンテンツにアクセスします。

コンポーネントはパワーとパフォーマンスのバランスをとる必要がある

コンピューティング、メモリ、ストレージ、またはデータの移動に必要な接続のいずれの場合でも、電力消費を考慮する必要があります。コンピューター ビジョンやディープラーニングなど、車内でデータ集約型のタスクに必要なプロセッサは、特定の電力予算内で動作しながら、情報ストリームを処理し、それをリアルタイムで処理する必要があります。低電力プロセッサを使用すると、アクティブ冷却の必要性が軽減されるか、まったくなくなることもあります。

アダプティブクルーズコントロール、車線維持、自動ブレーキ、ドライバー監視システムなどの機能をサポートするためにADASレベル2およびレベル3が採用されると、車両のメモリ コンテンツの需要も高まります。車内のデバイス全体に保存する必要がある少量のデータについては、 NORフラッシュ などの既存のメモリが高速起動機能を提供するため、ドライバーがキーを回すとすぐに機能が起動し、不要なときに電力を消費することはありません。

高速に処理する必要があるが、大容量のメモリを必要とする機能の場合、LPDDR4X/5Xなどの低電力でエネルギー効率の高いメモリが、電力とパフォーマンスの最適なバランスを提供します。両方を必要とするAI対応アプリケーションを実行するレベル4およびレベル5の自動運転車を実現するには、より高度なプロセス モードが不可欠ですが、車両内の複数の画面をサポートする一部のアプリケーションでは、GDDR6が推奨されるメモリとなる可能性があります。

統合により電力プロファイルの改善に貢献

車内では多数のデバイスが稼働しているため、アーキテクチャがさらに断片化されるリスクがあり、すべてのECUに対して1つのドメイン コントローラーを使用する方向に進んでいます。また、自動車設計者はマルチチップ パッケージを利用して、メモリを単一の合理化されたパッケージに格納するようになります。システムを統合するもう1つのアプローチは、重要なシステムのデータ ストレージを重要でないシステムのデータ ストレージと組み合わせ、操作の優先順位付けに十分なスマート機能を組み込むことです。

ここで NANDフラッシュ が役立ちますが、複数の個別のeMMCや UFSフラッシュ デバイスを使用するのではなく、 SSD を活用してストレージを集中管理および統合し、運転に不可欠な情報とエンターテイメント コンテンツの両方を保存できるようになります。地図を備えたインフォテインメント システムの解像度はますます高くなっており、特に記録されるデータが増えるにつれて、コンピューティングとメモリを組み合わせたアーキテクチャの必要性がさらに高まり、必要なフラッシュ容量も拡大するでしょう。

消費電力の低い新しいメモリも、自動車用途に有望視されています。組み込み型 MRAM は自動車の過酷な環境に対応できることが実証されており、一方 FRAM は自動運転車に必要な高速不揮発性データロギングに適しています。

結局のところ、プロセッサ、メモリ、ストレージの電力消費プロファイルは、特に電動化が進むにつれて、よりスマートな車両の開発における重要な要素となります。内燃機関を搭載した自動車で燃費効率が重視されるのと同様に、エネルギー効率は、動力源に関係なく、よりスマートな自動車にとってますます重要な指標になりつつあります。