自動車用プロセッサにもデータセンターと同様、仮想化の時代がやってきた。車載コンピュータを仮想化して複数のOSやアプリケーションで動かすことができる。NXP Semiconductorが先日発表したドメインプロセッサS32ZとS32Eは、リアルタイム処理と制御処理を仮想化して1チップ上で実行できる。新しいドメインアーキテクチャを象徴している。

図1　ECUや配線をすっきりさせるためドメイン・ゾーンアーキテクチャへ　出典：NXP Semiconductor

クルマ業界では、ソフトウエア定義のクルマ（Software-Defined Vehicle）という言葉が流行している。クルマの機能を決める（定義する）のは、これまでのマシンのようなハードウエアではなく、ソフトウエアであるという考え方だ。ソフトウエアで決めるのであれば、ハードウエアは共通のプラットフォームになる。これはまさにコンピュータそのものの考え方と同じ。NXP Semiconductorは、S-D Vehicle向けの車載アーキテクチャとしてドメインあるいはゾーンアーキテクチャに使うマイコンS32Z2とS32E2を開発、サンプル出荷を開始した。

ドメイン/ゾーンアーキテクチャは、増えすぎるECUを機能ごとあるいは場所ごとに複数個ごとにまとめてしまおうという発想である（図1）。配線本数やECUの数を減らし、軽量化につなげ、燃費（あるいは電費）の改善につなげていく。EV（電気自動車）だと航続距離を伸ばすことにつながる。ドメインアーキテクチャが機能ごと、ゾーンアーキテクチャは配置場所ごとにまとめる方式だ。

配線本数だけを減らすのならSerDesチップで直並列変換をすればよいが、ECUの役割はそれだけではない。これからのOTA（Over the air）によるソフトウエア（ファームウエア）の更新やさまざまなECUを管理するとなると、その他に中央コンピュータが必要になる。しかし、この程度の処理では中央コンピュータは大きすぎるため、やはりマイコンで管理や制御するのが都合がよい。だからゾーンアーキテクチャのマイコンが必要だ、とNXPジャパンオートモーティブマーケティング本部車載マイクロコントローラ部部長の山本尚氏は述べている。

図2　複数のECUを一つにまとめる場合に仮想化技術を利用する　出典：NXP Semiconductor

複数のECUをまとめようとすると、例えばEVの場合、インバータ制御のECUやバッテリ管理システム（BMS）用のECU、DC-DCコンバータ制御のECUなどEV特有の機能に応じてECUをまとめることができる（図2）。それぞれの機能を割り当てるのはハイパーバイザー（ソフトウエア）であり、仮想ECUを複数作製する。まさにデータセンターの仮想化技術と同じである。図2では仮想マシン2台にまとめており、リアルタイムOS（Operating System）とそうではないOSに分けるといったように、OSを分けることもできる。

サンプル出荷し始めたS32Z2とS32E2は具体的にどのような構造を持つだろうか。実は二つともマルチチップ構成の出来るパッケージに封止されており、図3では、合計10個のCPUコアのマイコンS32Z2と、さらにNORデータフラッシュメモリやいろいろなタイマー、逐次比較型A-Dコンバータ、電源のDC-DCコンバータなどの機能を加えたS32E2の二つがある。後者はマルチチップモジュールだが、前者もフラッシュ容量を追加する場合にはマルチチップ構成にできる。

図3　新製品のブロックダイヤグラム　出典：NXP Semiconductor

S32Z2には、リアルタイムCPUコアであるArm Cortex-RシリーズのR52を8コアと制御用のCortex-M33を2コア集積している。ただし、使うのはCortex-R52コアを4コアと制御用Cortex-M33を1コアの構成にして、さらに冗長構成として同じ数のCPUを使う。Cortex-R52コアはマイコンとしては微細な16nmプロセスで製造され、クロック周波数600MHz〜1GHzで動作する。

同社は、電動化ECU統合環境プラットフォームであるGreen Boxも提供しており、実際に複数のECU機能を実現するデモを見せている。ティア 1サプライヤであるRobert Boschとこれらのチップを共同開発してきたとしている。