オープンスタンダードモジュール（OSM）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　組込みシステムのための標準化されたシステム・イン・パッケージ

はじめに

組込みシステム用のカスタム・ハードウェアといえば、開発者には従来、カスタム・シングルボード・コンピュータ（SBC）をゼロから設計するか、コンピュータ・オン・モジュール（COM）を設計のベースとして使用するかという2つの主な選択肢がありました。どちらのアプローチにも利点がありますが、トレードオフもあります。
カスタム SBC は妥協のないソリューションを提供できますが、その設計には多額のエンジニアリング投資が必要です。COM は合理化された開発プロセスを提供しますが、主要な設計基準を満たさない場合があります。これらのトレードオフは、市場投入までの時間、コスト、堅牢性がすべて優先されるアプリケーションにおいて、設計上の大きな課題となります。
この課題に対処するため、組込み技術の標準化グループ（SGET）は、Open Standard Module（OSM）と呼ばれる新しい仕様を導入しました。OSMは、オープン・コンピュート・モジュール・コンセプトの利点をシステム・イン・パッケージ（SiP）フォームファクタにもたらします。
この記事では、OSMの基本を説明し、そのユニークな利点を強調します。開発者がこの新しい規格を活用して、産業オートメーション、輸送、エッジコンピューティングなどのアプリケーション向けに、高性能でコスト効率の高いカスタム組込みシステムを構築する方法を紹介します。

OSMの紹介

「システム・イン・パッケージ」とは、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信ハードウェアなど、組込みシステムに必要なコアコンポーネントを1つのパッケージに統合することを指します。このアプローチにより、OSMは組込みシステムのための完全で事前検証済みのソリューションを提供し、設計プロセスを簡素化し、開発時間とコストを大幅に削減します。
多くの点で、OSMフォームファクタはCOM ExpressやSMARCのようなコンピュータ・オン・モジュール・ソリューションに似ています。しかし、OSMはよりコンパクトなフォームファクタと、より頑丈なはんだ付け可能なBGAパッケージを提供します。従って、OSMモジュールはボードレベルのソリューションというよりコンポーネントに近いです。
OSM規格では、下位互換のピンアウトを持つ4つのサイズを規定しています。次の表は、各サイズの概要を示しています。

OSM Standard

OSMサイズLモジュールは、大きな処理性能、接続性、柔軟性を必要とする要求の厳しい組み込みアプリケーションに特に適しています。一例として、OSM-IMX95 は、低消費電力パッケージで優れたAIとグラフィックス機能を提供するサイズLモジュールです。このモジュールは以下を提供します。

・　NXP i. MX 95 SoC MX 95 SoC（6x Arm Cortex-A55搭載）
・　Arm Cortex-M7 x1およびArm Cortex-M33 x1
・　統合eIQ Neutron NPU、ISPおよびVPU
・　Arm Mali G310 3Dグラフィックス
・　最大8GB LPDDR4L、最大256GB eMMC
・　16x PCIe Gen5、 8x PCIe Gen4レーン、14x PCIe Gen3レーン
・　DSIおよびLVDSグラフィック出力インタフェース
・　PCIe Gen3 x1、UART x4、SPI x3、I2S x2、I2C x3、GPIO x12
・　16x PCIe Gen5、8x PCIe Gen4レーン、14x PCIe Gen3レーン
・　USB3.0 /2.0インタフェース、TSN付きデュアルGbE
このようなモジュールは、ロボティクス、自律走行車、航空宇宙・防衛システム、産業用HMI、消費者向けIoT機器など、要求の厳しい課題を容易に引き受けることができます。

ADLINKのOSM-IMX95モジュール

OSMのオープンスタンダードな性質は、幅広いエコシステムを促進することに留意することが重要である。互換性のあるモジュールが複数のベンダーから提供されるため、サプライチェーンが寸断されるリスクが軽減され、製品ライフサイクルが長くなります。
さらに、OSMモジュールは、そのフットプリント内に収まるあらゆるプロセッサアーキテクチャをサポートすることができます。開発者は、Rockchip、NXP、Texas Instruments、Intel、MediaTek、QualcommなどのArm、RISC-V、x86ソリューションにアクセスできるため、設計の選択肢と柔軟性が広がります。

カスタムSBCとOSMの比較

設計の柔軟性がすべてなら、カスタムSBCに勝るものはないかもしれませんが、他にも考慮すべき要素があります。カスタムSBCの開発は、特にシグナルインテグリティと熱管理の分野において、大きなエンジニアリングの労力を必要とします。ソフトウェア開発も、開発者が白紙の状態からスタートすることが多いため、厄介な場合があります。
さらに、カスタムSBCは、ターゲット・アプリケーションに必要な信頼性と環境基準を満たすことを保証するために、厳格な認定試験を受けなければなりません。このテストには時間とコストがかかるため、開発サイクルはさらに長くなり、コストも増加します。
対照的に、OSMは合理的でコスト効率の高いアプローチを提供する。OSMは事前に検証されたフォームファクタを提供するため、回路設計の最も困難な部分をオフロードすることができます。開発者は標準化された出発点を持つため、ソフトウェア設計も簡素化されます。
OSMはまた、柔軟性と拡張性の面でもいくつかの利点を提供します。標準化されたピンアウトとインタフェース仕様により、開発者はキャリア・ボードの設計を大幅に変更することなく、異なるOSMベンダー間の切り替えや、技術の進歩に伴う新しいモジュールへのアップグレードを容易に行うことができます。このモジュール性は、より将来性のある設計アプローチを可能にし、カスタムハードウェアへの初期投資を保護するのに役立ちます。
 

OSMとCOMの比較

OSMのように、COMもまた事前に検証され、標準化された計算モジュールを提供します。このように、COMとOSMモジュールには同様の利点があります。しかし、従来のCOMは一部の組込みアプリケーションには適していません。
信頼性と堅牢性は、故障の可能性のあるコネクターを通してキャリアボードに取り付けられるCOMにとって特に懸念される点です。OSMは、はんだ付け可能なBGAパッケージのおかげで、この点でCOMより大きな利点を提供します。モジュールとキャリアボード間のコネクタを不要にすることで、OSMは振動や機械的ストレスに対する優れた耐性を提供します。
COMはまた、アプリケーションによっては大きすぎます。例えば、COM Expressモジュールは55 x 84 mm以下ですが、OSMモジュールは45 x 45 mmに過ぎません。別の言い方をすれば、小型のCOMは一般的にクレジットカードのサイズであるのに対し、OSMは切手に近いサイズです。
 

OSMのコンパクトではんだ付け可能な設計は、自動組立にも適しています。実際、OSMはテープ＆リール包装またはトレイで納入され、手作業による配置の必要性を完全に排除することができます。この生産に最適化された設計により、OSMは従来のCOMベースのシステムよりも優れたコスト効率を達成することができ、特に大量生産アプリケーションに適しています。
OSMのもう一つの利点は、クロスアーキテクチャをサポートしていることです。COM規格は通常、単一のプロセッサアーキテクチャを中心に設計されていますが、OSMはアーキテクチャにとらわれません。OSMは主に低性能アプリケーションをターゲットとしていますが、最大42.5Wの入力電力を受け入れるため、x86プラットフォームやその他のハイエンド・プロセッサをサポートする能力があります。

組込みシステム設計に付加価値を与える

OSMが提供するすべての利点があっても、カスタム組込みシステムの設計と開発は複雑で時間のかかるプロセスです。ADLINKのような経験豊富なOSMソリューションプロバイダーと提携することで、開発プロセスを合理化し、市場投入までの時間を短縮し、コアコンピタンスとアプリケーション固有の要件に集中することができます。
ADLINKのキャリアボード設計サービスは、カスタム設計の時期が来たとき、開発オーバーヘッドを最小限に抑えながらパフォーマンスを最適化するスケーラブルなソリューションの作成を支援します。さらに、ADLINKとの提携により、製造サポート、ソフトウェア/ファームウェア統合サービス、その他多くのサポートサービスをご利用いただけます。
最後に、ADLINKは幅広いアプリケーション要件に対応する完全な製品ポートフォリオを提供します。これには、フルレンジのQ7、SMARC、その他のCOMモジュール、既製のSBC、さまざまな統合済みのIoTおよびエッジ・コンピューティング・ソリューションが含まれます。技術ロードマップへのコミットメントと、幅広いアプリケーション要件に対応する堅牢なソリューションを提供する能力により、当社は組込みハードウェアソリューション開発者にとって信頼できるパートナーとなっています。
 

結論

組込みシステムのカスタム・ハードウェアを選択する際、開発者にはこれまで以上に多くの選択肢があり、それぞれにスイートスポットがあります。OSMは、SIPフォームファクタ、堅牢なはんだ付け可能設計、コンパクトなフォームファクタ、ピック・アンド・プレース・マシンの互換性などの利点を備えており、これらすべてが幅広いユースケースに最適です。
開発者は、OSM仕様に基づく完全でスケーラブルなボードレベル・ソリューションやカスタム・キャリア・ボードを入手するためにADLINKと協力することで、開発コストを削減し、市場投入までの時間を短縮し、ROIを最大化することができます。まずは、 製品情報 をご覧になるか、 ご相談ください。