産業デジタル化を実現する3つの技術トレンド

産業経営のデジタル化が今日の市場で注目を集めています。Computex 2024でNVIDIA社CEOのJensen Huang氏が基調講演を行い、そのハイライトの1つは、AIを利活用した工場のデジタル化において顧客をどのように支援しているかについての紹介でした。世界に1,000万以上もの工場があり、その総価値額は46兆米ドルであるとのことで、産業デジタル化は製造業の革新に対して非常に重要であると言えましょう。

ビッグデータ及び機械学習技術が発展するにつれ、ますます多くの工場がこれらの高度な技術を利用して製造工程を変革しています。これこそがインダストリー4.0の本質です。工場のアップグレードにより、多くの工場が生産効率・生産品質の向上、生産コストの削減を実現することができました。その一例としては、ダボス世界経済フォーラム（WEF）によって「ライトハウス」に選出されたフォックスコン深セン龍華工場が挙げられ、そのダークファクトリーはインダストリー4.0技術を重点的に利用することで、生産効率が30%向上し、在庫サイクルが15%短縮されました。

その中で、チップとデバイスは、デジタル革命を可能にした基盤技術であり、産業デジタル化の推進を左右します。アヴネットはテクノロジー販売代理店及びソリューションプロバイダーとして、インダストリー4.0の発展を加速させるため、3つの主要分野でデジタル革新に取り組んでいます。なお、デジタル化による産業構造の転換において、低消費電力、高性能及びコネクティビティという3つの主要技術トレンドはデジタル化と機械学習に欠かせない要素になります。

低消費電力：高効率なエッジコンピューティング

工場デジタル化にも機械学習にも、大量のデータが必要です。これらのデータのほとんどはエッジデバイスから取得されます。エッジデバイスは多くの場合コンパクトな小型サイズが求められ、中にはバッテリ駆動のデバイスもあるため、低消費電力がデータの持続的な生成を確保するための鍵の1つとなります。

低消費電力による長寿命：低消費電力デバイスは発熱が少ないため、冷却システムに対する必要性が減少し、デバイスの寿命が長くなります。低消費電力技術は、産業環境で多く使用されるセンサー、コントローラー、組み込みシステムにとって極めて重要になります。

エネルギーコストの削減：低消費電力デバイスによりエネルギー消費が大幅に削減されることで、運用コストが削減されます。24時間稼働する必要がある産業システムの場合、エネルギー節約によってもたらされるコスト上の利点は特に著しいです。

システム安定性の向上：低消費電力デバイスは発熱が少ないため、過熱によるシステム障害が減少し、システムの安定性と信頼性が向上します。

アヴネットのパートナーであるNXP社のMCX Aシリーズ・マイクロコントローラ（MCU）は、拡張性の高いデバイスオプション、低消費電力でインテリジェントなペリフェラルを搭載し、幅広いアプリケーションシナリオに対応しています。MCX Aシリーズは、Arm Cortex-M33ベースの汎用MCUとして、最大96MHzのメイン周波数を持ち、高レベルの統合と優れたアナログ機能を備えています。低消費電力キャッシュにはRAMセルフテストハードウェアが組み込まれており、システム性能を向上させ、様々なセキュリティアプリケーションをサポートします。MCX Aは、低消費電力でインテリジェントなペリフェラルを提供しており、デッドバンド挿入により3組の相補的なPWMペアを生成するタイマや、ハードウェアウィンドウ機能と平均化機能を備えた4Msps 12ビットADCがあります。革新的な電源アーキテクチャは、シンプルな電源回路を使用し、より小さなサイズでI/Oの使用率と電力効率を高められるように設計されています。さらに、MCX Aは、より多くのGPIOピンをサポートし、外部デバイスとの接続が容易になるため、設計時により小型のパッケージが使用でき、ボード設計を簡素化するとともに、システムBOMコストを削減できます。

高性能処理：強力な脳機能

高性能処理は産業経営において無視できない存在です。高性能な演算能力は大規模で複雑なデータ処理と瞬時の意思決定を行うための基礎であり、それによってシステム効率と応答速度が向上します。

リアルタイムなデータ処理：高性能なプロセッサとアクセラレータは膨大なリアルタイムデータを処理し、複雑な機械学習及びデータ分析アルゴリズムに対応できます。これは、リアルタイム監視、予知保全、スマート制御システムにとって極めて重要になります。

生産効率の向上：高性能な技術により、生産ラインにおけるデータ処理と意思決定が高速化し、生産効率が向上します。たとえば、自動化された生産ラインでは、高性能な演算により、迅速な障害検出とトラブルシューティングが可能になり、ダウンタイムが短縮されます。

複雑なアプリケーションに対応：高性能な技術を利用することで、コンピュータービジョン、ディープラーニング、高度なデータ分析などの複雑な産業用アプリケーションに対応可能です。これらの技術は生産品質の向上、プロセスフローの最適化、安全性の強化において重要な役割を果たします。

エンベデッドビジョンを例に挙げると、産業用製造、スマートセキュリティ、自動運転などの複数の市場で重要な役割を果たしており、機械学習の重要な応用分野でもあります。

アヴネットのUltraZed-EVスターターキットを利用することにより、開発者はエンベデッドビジョンプリケーションの開発を即時に開始できるようになります。当キットは、新たなUltraZed-EVシステムオンモジュール（SOM）とキャリアカードをバンドルすることで、エンベデッドビデオプロセッシングシステムのプロトタイピングと評価のための完全なプラットフォームを形成しています。その中で、ザイリンクス社のZynq UltraScale+ MPSoCは、機能豊かな64ビットクアッドコアまたはデュアルコアARM Cortex-A53及びデュアルコアARM Cortex-R5プロセッシングシステム、プログラマブルロジックを統合しており、エンベデッドビジョンに必要な様々な性能、即時性と柔軟性に対応します。

コネクティビティ：情報豊かな神経系

コネクティビティ技術は、産業デジタル化の構造転換において重要な架け橋として機能します。デバイスとシステムをクラウドに接続することで、データの一元管理と処理を実現し、システムのインテリジェンスと協調性を向上させます。

特にデータ量が増加するにつれて、コネクティビティ技術の重要性が一段と高まっています。

産業用アプリケーションの場合、コネクティビティ技術には低遅延、高信頼性、拡張性、エッジサポートなどの機能が求められます。最近普及しつつある10Base-T1という新しい接続プロトコルは、シングルペアイーサネットを介してデータとエネルギーを簡単に伝送できるとともに、TSNをサポートします。イーサネットを通じて、OTとITはネットワーク伝送におけるより優れた一貫性と統合性を実現することもできます。

アヴネットのパートナーであるオン・セミコンダクター社やマイクロチップ社などがリリースした10Base-T1用トランシーバを使用すると、ゲートウェイを必要とせずに標準イーサネット技術を利用でき、アプリケーションコストを削減し、既存のイーサネットのエコシステムをより有効に活用できます。

まとめ

低消費電力、高性能、コネクティビティという3つの主要技術トレンドは、デジタル化による産業構造の転換において鍵を握っています。低消費電力技術により、エネルギー消費の削減及び長寿命が実現できるため、運用コストが削減されます。高性能技術により、データ処理能力と応答速度が向上することで、生産効率及びシステム信頼性も向上します。コネクティビティ技術により、データ接続が実現し、システムのインテリジェンスと協調性が向上します。これらの技術を利用することで、企業はデジタル化による産業構造の転換における挑戦に対応し、競争力及び革新力を高めることができます。

しかしながら、チップから完全な生産ラインを作り、実際に運用できるまでは多大な労力を要します。そこで、良きパートナーを選ぶことが極めて重要になり、全体的な実施成果を上げることにつながります。これには、研究開発、大量生産、保守、サプライチェーン、物流も含めてライフサイクル全体のサプライヤーを考慮する必要があります。アヴネットは、革新的な企業に対して良いアイデアを製品化するための支援を行ってきており、専門的な知識と技術スキルを持つ当社のエンジニアチームがどのような段階でも、提携パートナーのあらゆる工程を単一の一元化された環境に統合できるように協力します。最終的に、製品とサービスにより、ハードウェア、ソフトウェア、クラウドの限界を超えていきます。