ボードコンピュータとは
ボードコンピュータとは、コンピュータの要素であるCPU、RAM、ストレージ、そして入出力インターフェイスを1枚のプリント基板に統合したコンパクトなシステムです。
集積回路 (IC) や各種電子部品を基板上に直接実装して、小型化と同時に高度な信頼性を提供します。産業分野の組み込みシステム、制御装置、家庭用電化製品、ロボット技術、自動車産業など、多岐にわたる領域で活用されています。
形状やサイズは使用目的に応じて異なり、手のひらサイズからラックマウント可能な大型ユニットまで、バリエーションは幅広いです。また、ボードコンピュータの処理性能も広範囲にわたります。
低スペックのマイクロコントローラから、高性能なマルチコアCPUを備えた産業向けコンピュータまで、それぞれの応用分野に応じて最適な選択が可能です。
ボードコンピュータの使用用途
ボードコンピュータの小型性と汎用性から、様々な製品やシステムで使用されています。以下に、ボードコンピュータの主な使用例をいくつか紹介します。
1. 組み込みシステム
組み込みシステムは、特定のタスクを遂行するために設計された専用システムです。ボードコンピュータは、その小型化と自己完結性により、自動車のエンジン管理システム、工場の生産ライン制御、医療機器の操作システムなど、特定のタスクを専門的に処理するための強力なツールとなります。
2. IoTデバイス
IoT (英: Internet of Things) 分野も、ボードコンピュータの活用例として重要な位置を占めています。家庭用のスマートデバイスや工業用のセンサーネットワークなど、多くのIoTデバイスはボードコンピュータを核として動作します。
これにより、物理的なデバイスから生成される大量のデータを集約し、適切に処理することで、クラウドとの連携が可能となります。
3. ロボット工学
ボードコンピュータは、ロボット工学でも一役買っています。ドローン、自動運転ロボット、産業用ロボットアームなど、種類はさまざまです。
これらのロボットは、一連のセンサー入力を処理し、応答として適切な行動をとる必要があります。ボードコンピュータは、このような高度な計算処理をコンパクトなパッケージで提供し、ロボットの自律性と効率性を向上させます。
これらの例は、ボードコンピュータの用途の一部に過ぎません。その小型性、自己完結性、拡張性は、あらゆる産業分野でのイノベーションを推進するための基盤を提供します。
ボードコンピュータの原理
ボードコンピュータはその名の通り、一枚の基板 (ボード) 上にコンピュータの主要な要素が統合されたシステムです。以下では、ボードコンピュータの核心的な原理と動作を説明します。
1. 統合されたコンポーネント
ボードコンピュータは、中央処理装置 (CPU) 、ランダムアクセスメモリ (RAM) 、ストレージ (フラッシュメモリなど) 、および入出力ポートなど、全ての主要なコンピュータコンポーネントを1つの基板上に統合しています。これらのコンポーネントは高度に最適化され、緊密に連携して動作します。
これにより、ボードコンピュータは通常のデスクトップコンピュータやラップトップと同等の機能を、より小型でエネルギー効率の高い形状で提供できます。
2. 低電力・高性能
ボードコンピュータは、低電力で高性能な動作が求められます。そのため、エネルギー効率の高いプロセッサ、低消費電力RAM、そして電力管理システムが採用されています。これらのコンポーネントとシステムは、高性能なコンピューティングを実現しつつ、電力消費と発熱を抑制します。
3. 柔軟な入出力オプション
ボードコンピュータは、その小型化にも関わらず、多数の入出力オプションを提供します。USBポート、HDMI接続、無線LANやBluetooth、GPIOピンなどが一般的に利用されます。これらの接続機能により、ボードコンピュータは様々な周辺機器と接続し、多種多様な応用に対応します。
これらの原理と機能は、ボードコンピュータを小型で汎用性の高いコンピューティングプラットフォームとしています。その拡張性と自己完結性は、IoTデバイスから組み込みシステム、ロボット工学まで、幅広い分野での応用を可能にしています。
ボードコンピュータの特徴
ボードコンピュータは、安価でありながらあらゆる用途に利用可能なことが最大の特徴です。必要最低限の機能に絞って1枚の基盤上に回路が構成されるため、ムダがなく低価格に抑えられます。
近年は、ボードコンピュータに搭載されるCPUやメモリの性能も上がっており、昔に比べて複雑な処理ができるようになってきました。
ボードコンピュータのその他情報
エッジコンピューティング
エッジコンピューティングとは、例えば生産装置に取り付けられたセンサーのデータをクラウドなどの上位システムに集めてから処理するのではなく、センサー側で処理・クレンジングしてから必要な情報のみを上位システムに送信する分散型情報処理のことです。
IoTなどが普及し、データが溢れる世の中で、全てのデータを上位システムに集める中央集中型の情報処理はいずれ破綻します。これからは、上位システムにデータを送信する前に処理する分散処理が重要となり、その実現手段としてボードコンピュータを用いた手法が注目されています。
参考文献
https://www.pfu.fujitsu.com/embedded/product/boardcomputer/
https://gaibu-cto.com/singleboard/
https://www.softbank.jp/biz/future_stride/entry/technology/edge-computing/20210201/