モジュラーコンピューティングとエッジAIが、ロボティクスOEMによるAMR、コボット、次世代インテリジェントマシン向けのスケーラブルなフィジカルAIプラットフォームの開発をどのように支援するかをご紹介します。
フィジカルAI（Physical AI）は、産業用ロボティクスに対する期待を急速に変化させています。自律移動ロボット（AMR）、協働ロボット（コボット）、インテリジェントビジョンシステム、その他の自律型マシンには、ますます複雑化する現実世界の状況に対応することが求められています。そのためには、低遅延のローカルインテリジェンスによって実現される高度な認識能力と適応的な推論能力が必要です。
AI、センシング、物理的な相互作用の組み合わせは、組み込みエッジコンピューティングプラットフォームに新たな要件をもたらしています。しかし、ロボティクスOEMにとって、基盤となるアーキテクチャは、初期開発から多様な機械の産業規模での展開に至るまでのプロセスもサポートする必要があります。
例えば、AMRでは、電力効率に優れたAI処理、カメラ、LiDAR、ワイヤレス接続が重視される一方、コボットでは、マシンビジョン、産業用ネットワーク、決定論的なリアルタイムモーター制御機能を異なる組み合わせで必要とする場合があります。同じ製品ファミリー内でも、処理能力やI/Oの要件は大きく異なることがあります。
システム要件が進化し続ける中、個々のマシンごとに新しいコンピューティングプラットフォームを設計することは、ますます正当化が難しくなっています。モジュラーコンピューティングは、産業用製品の長期的なライフサイクルと将来の製品開発を支援する、スケーラブルなソリューションを提供します。
フィジカルAIとロボティクスにおいてモジュラーコンピューティングが重要な理由
組み込みコンピューティングアーキテクチャでは、処理リソース、メモリ、I/Oは、特定のアプリケーション要件と密接に結び付いていることが少なくありません。これらの要件のいずれかが変化した場合、基盤となるシステムアーキテクチャのアップグレードは、単に新しいプロセッサを選択するよりもはるかに複雑になる可能性があります。
フィジカルAIでは、効率的なエッジAIを実現するための追加の処理リソース、ますます複雑化するビジョンシステムをサポートするためのメモリ容量と帯域幅の拡大、最新のセンサーやネットワークに対応するための新しいI/Oが必要になることがよくあります。しかし、エンジニアにとっての根本的な課題は、こうした要件が急速に増大し続けていることです。
モジュラー型のシステムアーキテクチャに移行することで、エンジニアはコンピューティングリソースをアプリケーション固有のハードウェアから分離し、システム要件が変化した際のアップグレードに伴う課題を軽減できます。
プロトタイピングの段階では、エンジニアは量産用ハードウェアを決定する前に、アプリケーションに必要な処理能力、センシング、AIの要件を明確にできます。その後、量産モデルの設計では、適切なモジュラーコンピューティングプラットフォームを中心にアプリケーション固有のI/Oを開発できます。このプラットフォームは、異なる製品バリエーションや将来の製品世代でも再利用できる可能性があります。
したがって、モジュール化の意義は、単一のコンポーネントを交換可能にすることだけではありません。複数のインテリジェントマシンを開発する産業用OEMにとって、コンピューティングアーキテクチャそのものを長期的な製品ロードマップ全体で再利用できる要素にすることができます。
SOMとオープンCOM規格によるスケーラブルなロボティクスプラットフォームの構築
System-on-Module（SOM）とComputer-on-Module（COM）は、コンピューティングプラットフォームをアプリケーション固有の製品設計から分離するための実用的な手段を提供します。
プロセッサやメモリなどの主要なコンピューティングリソースはモジュールに統合され、キャリアボードが個々のマシンに必要なインターフェースやその他の機能を提供します。産業用ロボティクスでは、これにより、カメラ、センサー、モーターコントローラー、ネットワークインターフェース、その他のハードウェアを、特定のプロセッサ実装に設計を依存させることなく、各マシンの要件に合わせて構成できます。
キャリアボードと互換性のあるモジュールを通じてコンピューティング機能を統合することで、設計者は、コンピューティングプラットフォームや周辺のアプリケーションハードウェアを全面的に再設計することなく、処理性能、消費電力要件、AI機能の変化に対応できます。また、OEMは新世代の製品ごとに完全に新しい設計を行うことなく、変化する処理要件に合わせてインテリジェントマシンを適応させることができます。
オープンCOM規格は、標準化されたモジュールアーキテクチャを通じてこのアプローチを支援し、コンピューティング機能の統合を簡素化するとともに、市場投入までの期間短縮に貢献します。また、互換性のあるソリューション間での相互運用性を提供することで、特定ベンダーへの依存を軽減し、長期的なサプライチェーンのレジリエンス向上にも寄与します。
オープンCOM規格に基づく設計は、先進的なQualcommプロセッサプラットフォームを搭載したSOMを通じて、すでに産業用フィジカルAIシステムに採用されています。SECOの製品ポートフォリオには、Smart Mobility Architecture（SMARC）規格に基づくSOM-SMARC-Dragonwing-IQ8やSOM-SMARC-QCS6490などが含まれており、コンパクトなフォームファクターと限られた電力枠内で、高性能なヘテロジニアス処理を実現します。一方、SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-Xは、豊富な高速I/Oを提供し、より高性能なコンピューティング構成をサポートするCOM Express Type 6 Compact規格に基づいています。
さらに、SOM-SMARC-Dragonwing-IQ8は、AIおよびロボティクスアプリケーション向けに特別に設計されたArduino VENTUNO Q開発プラットフォームと同じQualcomm Dragonwing IQ8プロセッサファミリーを採用しています。そのため、VENTUNO QをベースとしたフィジカルAIのプロトタイプから量産へ移行する際の再開発作業を削減する、量産を見据えたプラットフォームを提供します。
ソフトウェアスタックへのモジュール化の拡張
産業用ロボティクスプラットフォームには、堅牢なオペレーティングシステム、ドライバー、AIフレームワーク、セキュリティ機能、管理ソフトウェアが不可欠です。しかし、基盤となるハードウェアの変更によってソフトウェアの大幅な再開発が必要になる場合、ハードウェアのモジュール化によるメリットは大きく損なわれます。そのため、ソフトウェアアーキテクチャは、効果的なモジュラーコンピューティング戦略において重要な役割を果たします。
Yocto Projectは、高度にカスタマイズされた組み込みLinux環境を構築するための、構成可能なモジュラー基盤を提供します。汎用オペレーティングシステム（OS）を使用する代わりに、開発者はアプリケーションに必要な特定のパッケージ、ドライバー、サービスに合わせてソフトウェアイメージを構築・保守できます。これにより、不要なソフトウェアコンポーネントを排除して全体的な攻撃対象領域を縮小しながら、より幅広いプロセッサプラットフォームに対応できます。
SECOのCleaソフトウェアフレームワークは、Yocto Linuxの基本的なメリットを拡張し、多くのサードパーティ製産業用システムと互換性のあるエッジ・ツー・クラウドのエコシステムを提供します。Clea OSと関連するソフトウェアモジュールを通じて、SECOは、集中管理された異種デバイス群全体にわたる長期的なサイバーセキュリティとソフトウェアライフサイクル管理を支援します。さらに、SECO App HubなどのAI導入支援ツールにより、開発者は検証済みのAIモデルを、サポート対象の複数のコンピューティングアーキテクチャにわたってエッジに展開できます。
その結果、モジュール化の定義はより広範なものになります。SECOは、単にあるコンピューティングモジュールを別のモジュールに交換できるかどうかに注目するのではなく、ハードウェア、オペレーティングシステム、アプリケーション、管理インフラストラクチャが、フィジカルAIの導入において再利用可能なプラットフォームとして連携できることを示しています。
次世代インテリジェントマシン向けコンピューティングプラットフォームの構築
AMRとコボットは、柔軟なモジュラーコンピューティングの重要性を示しています。どちらもフィジカルAIへの幅広い移行の一部ですが、それぞれに必要なコンピューティングアーキテクチャは大きく異なる場合があります。同じことは、インテリジェントビジョンシステム、自律型産業機器、新たなロボティクスアプリケーションにも当てはまります。
モジュラーアーキテクチャの目的は、これらのマシンを同一のものにすることではありません。むしろ、個々のマシンの要件に適応できる共通基盤を提供することにあります。産業用ロボティクスOEMにとって、モジュール化により、現在のアーキテクチャが将来のアップグレードを通じて、異なる性能レベル、新しいAIワークロード、将来の製品をどのようにサポートできるかを検討できます。
フィジカルAIが進化し続ける中、プロセッサ、センサー、ソフトウェアは、多くの産業用マシンそのものよりも速いペースで進歩していくと考えられます。これらの技術をアプリケーション固有のハードウェアから分離することで、OEMは、全面的な再設計を必要とせず、将来の変化に対応できるインテリジェントマシンを開発できます。
SECOのモジュラーハードウェアおよびソフトウェアプラットフォームが、次世代の産業用フィジカルAIおよびロボティクスシステムをどのようにサポートできるかについて、ぜひ当社の専門家にお問い合わせください。