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用途広がるワイヤレス・コネクティビティ

 スマートホームやオートモーティブなどさまざまな分野で重要性が高まるワイヤレス・コネクティビティ(無線ネットワーク)--。民生分野ではスマートフォンはもちろん、人気上昇中のスマートスピーカーのほか、ノートパソコン、ゲーム機、ヘルスケア機器、ウェアラブルデバイス、AV機器など、あらゆる機器に搭載されている。最近ではIoTのセンシングネットワークとしても注目を集めている。
 こうしたワイヤレス・コネクティビティ市場の変化や進化に取り組んでいるのがサイプレスである。2016年7月にBroadcom社のIoT事業部門を買収。Wi-FiおよびBluetoothを中心とした幅広いソリューションを強化すると共に、新たなソリューションを加えるなど、ワイヤレス・コネクティビティ市場を牽引している。サイプレスの最新ソリューションから特徴的な3品種を紹介しよう。

丸山 敏郎 氏
サイプレス セミコンダクタ
MCU & コネクティビティ事業部
IoT シニアマーケティングマネージャー

  ワイヤレス・コネクティビティが著しく浸透している分野として、クルマへの普及が挙げられるだろう。具体的には、コネクテッドカーの外部との通信、無線によるキーレス、EV車の給電、ドライバーへの情報提供(インフォテインメント)などである。これらを支えているのは、車載を意識したワイヤレス・コネクティビティ機能のチップである。通信規格としては帯域の広いWi-Fiと、ローパワーで使い勝手にも優れるBluetoothの2つが主流で、コネクテッドカーの実現、発展において、その実装範囲が広がってきている(図1)。

図1. コネクテッドカーを支えるワイヤレス技術
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 「サイプレスは、業界団体であるWi-Fi AllianceやBluetooth-SIGなどで積極的に活動し、重要な役割を果たすなど、ワイヤレス・コネクティビティの領域で常に先端を走っています。また、通信の安定性が高いのも特長で、きわめて堅牢なコネクションが得られます」と、サイプレス セミコンダクタの丸山敏郎氏は説明する。

 同社の幅広い製品群から最新のソリューションを3点ほど紹介しよう。

バッテリー動作機器に適したローパワーコンボチップ

 最初に紹介する「CYW43012」は、バッテリー駆動などローパワーを要求される機器向けに開発されたコンボチップである(図2)。従来の40nmプロセスノードに対して、CYW43012では28nmを採用し、後述するように大幅なローパワー化を実現した。電池駆動のウェアラブルデバイス、サーベイランスカメラ、ワイヤレススピーカー、IoTセンサーなどをアプリケーションとして想定する。

 コネクティビティとしてはWi-FiとBluetooth 5.0/LEを搭載。このうちWi-Fiは2.4GHzと5GHzのデュアルバンドで、IEEE 802.11a/b/g/nに準拠するほか、理論スループットとして最大速度6.9Gbpsを謳うIEEE 802.11acのうち、20MHz動作でのMCS8(256-QAM)と呼ぶオプションにのみ対応する。PHYデータレートは最大78Mbpsである。

 「802.11acに対して完全準拠とするのではなく、アクセスポイント(ルーター)との接続は保証しながらも、ローパワー化を図るために機能を抑えたのが特徴です。サイプレスではこれを『802.11ac-Friendly(TM)』と呼んでいます」と丸山氏は説明する。

 また、802.11acのビームフォーミング機能を内蔵してゲインを2dB稼いでいる。見通しの場合で到達可能距離が26%長くなるという。

 チップには、Wi-Fiの制御用にArm Cortex-M3コアと、Bluetoothの制御用にArm Cortex-M4コアを内蔵。通常ネットワークスタックは外部CPU(SoC)上に実装する必要があるが、IPv6スタックやBluetoothスタックなどがそれぞれのコアに搭載されているため、一部の処理はSoCをスリープから起動する必要がなく、システムとしてさらなるローパワー化が図れる。

 CYW43012は28nmプロセスの採用により、同社の40nm世代のチップに比べて、802.11nの受信時の消費電力を最大40%、送信時の消費電力を最大25%削減。また、スリープ時の消費電力は最大80%も抑えているのが大きな特徴で、「CR123Aリチウム電池1個で動作する家庭用のセキュリティカメラで、ある動作モデルを仮定した場合、従来チップを使った場合に比べて3倍も長い475日間もの動作が可能との評価データを得ています」と丸山氏は述べる [*1]

 以上のようにCYW43012は、バッテリーで動作するさまざまな機器のコネクティビティに最適なチップといえるだろう。

*1:電池容量1550mAH、従来チップは40nmの「CYW4334W」で2.4GHz帯のWi-Fiを使用しディープスリープモードで待機、CYW43012は5GHz帯のWi-Fiを使用しエンハンスド・ディープスリープモードで待機した場合の、サイプレスにおける動作評価モデルにおいて。
図2. 28nmプロセスの採用でローパワー化を実現したWi-Fi/Bluetoothコンボチップ「CYW43012」
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クルマの新たなニーズに応えるデュアルバンド伝送

 次に取り上げる「CYW89359」は、2018年1月に発表された車載用のWi-Fi/Bluetoothコンボチップである(図3)。RSDB(Real Simultaneous Dual Band)への対応を大きな特徴としており、2×2 MIMOを分割して2.4GHzのWi-Fiと5GHz帯のWi-Fiを同時に使うことができる。

 「最近のクルマでは、車載のタッチスクリーンとスマートフォンとをWi-Fi経由で連動させるアップルの『Apple CarPlay』やGoogleの『Android AUTO』のほか、ホットスポットサービス、ビデオストリーミング、リモートコントロール、およびBluetoothでの音声や音楽の伝送などへの対応が求められています。そうしたニーズに応えて開発したチップがCYW89359です」と丸山氏は狙いを説明する。

 動作モードとしてサポートされるのは、
(1) 5GHz 802.11ac (1×1)+2.4GHz 802.11n (1×1)+Bluetooth 4.2
(2) 5GHz 802.11ac (2×2)+Bluetooth 4.2
(3) 2.4GHz 802.11n (2×2)+Bluetooth 4.2
の3種類だ。

 2.4GHz帯と5GHz帯を切り替えながら見かけ上の同時通信を実現するVSDB(Virtual Simultaneous Dual Band)方式では使える帯域はそれぞれ50%以下になるが、RSDBであれば(1)のケースでもそれぞれで100%が確保される。

 北米市場では上記のスマートフォン連動機能などの搭載が必須となっており、いずれ日本市場へも広がってくると見込まれる。CYW89359はクルマの新たな進化を実現するデバイスのひとつになるだろう。

図3. RSDBを搭載した車載用Wi-Fi/Bluetoothコンボチップ「CYW89359」
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Bluetooth Mesh認証を業界で初めて取得

 最後に紹介するのが、Bluetooth 5.0を内蔵したSoC、「CYW20719」である(図4)。FPU付きのArm Cortex-M4コアとArm DSPを搭載し、ユーザーアプリケーションをCYW20719上に構築できる。

 Bluetooth ClassicとEDRに準拠するとともに、Bluetooth Smartに対応し、「Bluetooth SMART READY」の機器を構成できる。

 また、IoTやスマートハウスなどのセンシングネットワークとして注目されているBluetooth Mesh(v1.0)をサポートしており、民生品向けとしては業界で初めて(サイプレス調べ)Bluetooth Meshの認証を取得した。「サイプレスはBluetooth Classicなどもサポートしながらローパワー化に取り組んできました。その成果のひとつがCYW20719といえます」と丸山氏は説明する。ちなみにBluetooth Meshは照明のコントロールや宅内センシングへの応用が期待されている。

図4. Bluetooth 5.0搭載のSoC「CYW20719」
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 アプリケーションの開発にはサイプレスから「WICED Studio IoT開発プラットフォーム」が提供される。「ウィキッド」と読むWICED(Wireless Internet Connectivity for Embedded Devices)は、同社が提供するワイヤレスソフトウェアの開発キット(SDK)で、コネクティビティを使ったアプリケーションの効率的な開発を支援するツールだ[*2]

 もちろんCYW20719だけではなく、サイプレスの他のチップを使ったシステム開発にも適用できる。サイプレスのコネクティビティの強みのひとつといえるだろう。

 ちなみに、日本における技術サポートにも力を入れているという。「開発ツールのWICEDも含めて、ワイヤレス・コネクティビティに関してはサイプレスにお任せください、と申し上げたいと思います」と丸山氏は訴求する。

 スマートホーム、オートモーティブ、IoTなど、多くの分野でワイヤレス・コネクティビティの装備が必須となっている。サイプレスはこれからも、市場のニーズや進化に応えるソリューションの提供に努めていく。

*2:http://www.cypress.com/products/wiced-software
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