システム開発が容易なPCプラットフォーム

　組み込み機器のハードウェアとしてPCを使用するメリットは「開発コストを削減できる」点にある。また、PC向けコンポーネントはコモディティー化しており価格も割安で、ほかのプラットフォームとの差別化要因でもある。

　一般的にシステム開発というのは、システムの規模に関係なく「ターゲットとなるハードウェア上にその周辺装置を接続し、本番と同様のデータを使用してテストを行うこと」が前提となる。

　この図式は、組み込みシステムの開発にも当てはまる。しかし、通常のシステム開発と異なり、特定用途に向けた専用のハードウェアが必要となるため、ハードウェアとソフトウェアの開発は並行して行われることが多い。

　例えば、携帯電話の開発。アプリケーションを開発する時点でもハードウェアの完成品がないことが多く、OSやミドルウェアを動かすプラットフォームそのものがないこともある。

　そのため、商品企画が策定されると、まずハードウェアを製作してその正常稼働を確認し、次にミドルウェアの移植を行い、その後にようやくアプリケーションの開発や移植へと進むことになる。実際の開発では、開発期間が無駄にならないように配慮するわけだが、それでも限界がある。

組み込み機器の開発フロー

　システム開発が難しいのは、携帯電話分野だけに限らない。本連載で紹介してきたARMやMIPS、PowerPCや多くのCPUに共通の話題であり、x86ベースでも新規で開発する場合はこうしたことがあり得る。

　しかし、PCのハードウェアをそのまま使用すれば、この問題を解決できる。調達しなければならない部品もあるだろうし、場合によっては拡張カードを新規で開発する必要も出てくるだろう。その場合でも、ハードウェア製作がネックとなって開発が遅れることはほとんどない。この点だけを考えても、ほかのプラットフォームと比べて、開発コストを大幅に削減できることが分かるだろう。

　ハードウェアにPCを使用するメリットはこれだけではない。ほかのCPUをターゲットとする場合、その開発環境は通常そのターゲット上で動かない。そのため、PC上でクロスコンパイラなどを使ってアプリケーションを開発することになる。さらにハードウェアを新規で設計・開発する場合は、その開発環境自体も新規で設定しなければならない。

　PCプラットフォームを使うと、こうした手間も省ける。詳細については「組み込み業界が携帯電話から自動車にシフトし始めたのはなぜか？」を参照してもらいたい。

モジュール選択の自由度が高い

　組み込み機器にPCハードウェアを搭載する場合は、ある程度の大きさが必要になる。ATMやPOSレジクラスの大きさであればそのまま使用できるが、小さいサイズになるとちょっとした一工夫が必要になる。そのため、組み込み業界メーカーはさまざまな標準規格を策定して独自の製品を投入している。

　例えば、台湾の半導体メーカーであるVIA Technologies（以下、VIA）はマザーボードの独自規格「Mini-ITX」をはじめとして、特定用途に対応した多くの小型製品を市場に投入している。

　これらの製品は電源やHDD、キーボードやマウス、ディスプレーなどの周辺機器を接続すれば、それだけでWindowsやLinuxなどのOSをインストールして使用でき、さまざまなサイズに対応した組み込みシステムの開発が容易にできる。VIAの主なマザーボード規格を以下に示す。

　また、特殊な組み込み用途向け規格「PC/104」をベースにしたPCも存在する（写真1）。拡張カードを積み重ねる形でどこまでも拡張できる。

PC/104を発展させたPCI/104-Expressという規格に準拠したモジュールのサンプル。構造的にはPC/104とほぼ同じ（2008年4月に米シリコンバレーで開催されたECSイベントにて筆者撮影、以下同）

　そのほか、CPUやメモリなどPCの中核機能のみを集約した「COM/Express」と呼ばれるモジュールの規格もある（写真2の左側）。周辺回路をマザーボードとして独自に製作することを前提にしており、規格に準拠した製品が多数のベンダーからリリースされている。

写真左側は、AMDのモバイル向けCPU「Turion」を搭載することを想定したCOM/Expressモジュール。写真右側は、ソケット規格「Socket AM2」のCPUを装着した通信機器向けモジュール規格「AdvancedMC」に準拠した製品リファレンスモデル

　上記2つの製品は、いずれも適切なマザーボードやベースモジュールと接続させることでPCプラットフォームになり得る。

　さらに、小さいサイズに対応した規格も存在する。セイコーエプソンは名刺サイズのPCモジュール製品群「CARD-PC」をリリースしていた。また、産業用ボードの設計・製造ベンダーである独Kontronは、現在でもDIMMモジュールサイズ（68×40ミリメートル）のCPUモジュール「DIMM-PC」を販売している。

　これらの小型製品は、ハードウェアの構成としてはPCとは言い難いが、ソフトウェアから見れば純然たるPCプラットフォームとして認識される。Windowsをインストールし、その上でVisual Basic（VB）で記述したアプリケーションを稼働させることも、理論上では可能である（実際にはメモリ容量やグラフィックス能力、HDD容量などに制限がある）。逆にサイズが大きい分野となると、先述したアーケードゲームや情報掲示板などが該当する。

　このように、x86プロセッサを活用した組み込みシステムを開発する場合、物理的なサイズや動作環境などに応じて「PCハードウェアをそのまま利用する」「さまざまな専用規格に沿ったモジュールを利用する」「ハードウェアをスクラッチから設計する」のいずれかを選択できる。こうした選択の自由度が非常に高いことがPCプラットフォームを活用するメリットでもある。

処理性能は高いが、生産コストは低い

　もう1つのPCのメリットは「絶対的な処理性能とコスト当たりの処理性能の両方で、ほかのプロセッサよりも優れている」点である。IntelとAMD、CyrixやIDT、Transmeta、VIAなどといった多数のベンダーが性能を競ってきたことで、その絶対的な処理性能はかなり高いレベルに到達している。また、競争原理が働いたことでハイエンド向けのCPUの販売価格が安いことも特徴である。その結果、高い処理性能が必要とされる場合でもx86が採用されることが多い。

　例えば、インテリジェントSAN（Storage Area Network）スイッチやSANのボリュームコントローラーなどがある。これらのハイエンド向け製品の構成を見てみると（文字通りふたを開けてみると）、XeonやOpteronなどのマルチプロセッサ構成にFC（Fibre Channel）やInfiniBandなどのHBAカードを複数枚装着したのみの構成で、複雑な処理の大半をソフトウェアに任せていることも多い。こうした製品ではソフトウェアに注力した開発が行われる。

　PCプラットフォームを活用したハイエンド向け製品は、専用回路を搭載した専業メーカーの製品にはピーク時の性能ではかなわないが、サポートするストレージやOSの種類、搭載可能な機能数などの面で優位性を持っている。また、ソフトウェアの開発コストは相応に掛かるが、ハードウェアのコストを低く抑えることができる。そのため、量産型の製品では提供価格を安く設定できる。これは「x86プロセッサそのものが安価である」ことも大きく寄与しているといえる。

PCプラットフォームの優位点とは？

　ここまで見てきたように、x86プロセッサをベースとしたPCプラットフォームは多くの市場プレーヤーが競争してきた結果、さまざまな規格に順応した組み込み機器向けの製品や開発・動作環境が存在する。そのため、いろいろな場面で活用されてきている。また、その開発容易性と選択自由度の高さ、開発コストの低さは、ほかのプラットフォームにはない魅力だといえる。

　次回は組み込み向けx86プロセッサ市場の動向についてより詳細に見ていこう。