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仮想化とソフトウェア定義型自動車

Published Date

モジュラーテクノロジーがソフトウェア定義型自動車のアップグレードパスを促進

ブランドン・ルイス（マウザー・エレクトロニクスへの寄稿）

出典：CYBERUSS/stock.adobe.com

現代の自動車はエンジニアリングの進歩の賜物であり、ほんの数年前には想像もできなかったような機能や特徴が搭載されています。ただし、洗練された外観の下では、複雑さが増大しており、自動車産業の将来に大きな課題を投げかけています。つまり、車載コンピューティングに対する需要の高まりと、その需要が電子制御ユニット（ECU）に及ぼす影響です。

ECUは、車両内の多くのセーフティクリティカルなタスクとそうでないタスクを制御する特殊なコンピュータです。例えば、現代のほとんどの車には、エンジンを制御するECU、ブレーキを制御するECU、エンターテインメント・システムを制御するECUなどがあり、これらすべてがケーブル、ワイヤ、ソフトウェアで接続され、車の神経系を構成しています。

この複雑なネットワークは、高度な能力を可能にする反面、欠点もあります。ECUの数は非常に多く、相互依存性が高いため、有線接続は迷路のように入り組んでいます。これによりシステムの重量とコストが増加し、統合の複雑性が高まり、ソフトウェア開発が複雑になり、オーバー・ザ・エア（無線）によるファームウェア更新（FUOTA）の展開と管理能力が制限されます。FUOTAのような機能がなければ、自動車メーカーは費用をかけてディーラー訪問を利用しなければならず、車の所有者は長時間の車両ダウンタイムに対処しなければならないでしょう。

良いニュースは、ソフトウェア定義型自動車（SDV）の時代が、ECUや自動車処理アーキテクチャを含む自動車ビジネスのすべてを変えつつあるということです。


SDV革命の推進要因

SDVへの進化は単なるソフトウェアの変更ではなく、車両内部アーキテクチャの大幅な再構築です。この革命の中心には、車両制御と処理階層を見直す、ECU統合というコンセプトがあります。これによりコスト削減と性能向上が促進され、ソフトウェア更新によって継続的に車両アップグレードできる未来が切り開かれます。

ECU統合の動きから生まれたイノベーションのひとつが、ゾーンアーキテクチャの採用、つまりさまざまな車両サブシステムを関連機能のゾーンに細分化することです。ゾーンアーキテクチャは車両のシステムを個別のゾーンに分割することで、現在、無秩序に分散するECUの課題に対処します。各ゾーンは、複数のレガシーECUの機能を統合し、パワートレイン、シャシー、インフォテインメントなど特定のサブシステムを担当する強力なコントローラによって管理されます。

このモジュラアプローチには複数の利点があります。

  • 複雑さを減らし、配線を簡素化：現代の車両配線は無秩序なネットワークであるが、ゾーンレイアウトを使用することで大幅に簡素化することができる。ゾーントポロジーは、多数のポイント・ツー・ポイント接続の代わりにゾーン間の高帯域幅リンクを使用することで重量とコストを削減し、ワイヤーハーネスを小型化する。
  • 強化された堅牢性：ECUの数が少なければ、潜在的な故障箇所やサイバー脅威の攻撃対象も少なくなる。集中処理とリソース共有機能を備えたゾーンアーキテクチャは冗長性が高く、セキュリティが向上するため、SDVは故障や外部からの侵入に強くなる。
  • 仮想化とコンテナ化：ゾーンアーキテクチャは、ソフトウェア開発のゲームチェンジャーとなる仮想化への道を開く。現在では、複数のソフトウェアアプリケーションを、コンテナ化技術によって互いに分離された単一の強力なコントローラ上で実行できるようになった。これにより、アップデートや機能追加が可能になり、ソフトウェアの進化に対するシームレスでモジュラ化されたアプローチが実現する。
  • OTAアップデート：ゾーンアーキテクチャと広帯域幅の接続性により、SDVはOTA（Over-The-Air）アップデートによって継続的に進化することができる。SDVはリアルタイムの性能強化、バグ修正、さらにはまったく新しい機能を無線で受け取ることができるため、購入後も長い間「新しい」感覚を維持できる。

SDVの情報の高速道路として機能する広帯域接続は、次世代車両アーキテクチャの可能性をさらに引き出します。ネットワークの向上により、OTAアップデートを継続的に提供する能力が強化され、SDVを何年も新品のように動作させ、ソフトウェアサブスクリプションやカスタマイズ可能な運転体験を通じて、継続的な収益モデルを実現することができます。


SDVの仮想基盤

ゾーンアーキテクチャはSDVの頭脳ですが、真の魔法はその仮想基盤にあります。都市が多様な活動に対応するために強固なインフラを必要とするのと同じように、SDVは、仮想マシン（VM）やコンテナのような仮想化技術に依存して、車両の走行を維持するソフトウェアを指揮しています。

VMは、さまざまなソフトウェアのワークロードに対してセキュアでパーティション化された実行環境を提供します。基本的に、VMはSDVの中央または半分散ゾーンコントローラ内の仮想コンピュータとして機能し、各VMはエンジン管理、運転支援、インフォテインメントなどの特定のタスクに特化することができます。このようなモジュール性には数多くの利点があります。

  • 開発効率：VMは、異なるプロジェクトや機能を分離することで、ソフトウェア開発を合理化する。開発者は、他のセクションに影響を与えることなく、1つのセクションのアップデートに取り組むことができるため、効率が向上し、テストの複雑さが軽減される。
  • ダイナミック・スケーリング：VMは変化する需要に適応する。例えば、ナビゲーションを扱うVMは、シームレスなユーザー体験を保証するために、複雑なナビゲーション中に動的に仮想リソースを拡張し、より多くの処理能力を引き出すことができる。
  • 安全性の向上：ワークロードが極度に統合された場合、VMは、ブレーキ制御よりもリスクが低いエンターテインメントなどの機能が存在し、クリティカルリティにばらつきがあるソフトウェアに対し、重要度の分離化を行う。この分離により、1つのVMの誤動作が他のVMのクリティカルなオペレーションに影響しないことが保証され、システム全体の安全性が向上する。

つまり、VMはソフトウェアに完全な実行環境を提供する一方、コンテナは特定のソフトウェアモジュールの稼働に必要なものをすべて搭載する軽量かつ携帯可能なパッケージと言えるでしょう。このアプローチはそれ自体に次のような大きな利点があります。

  • 迅速な展開とアップデート：コンテナを使えば、新機能の展開やバグの修正を迅速に行うことができる。アップデートは一度に1つのモジュールずつ展開できるため、ダウンタイムと潜在的なリスクを最小限に抑えることができる。
  • モデル間の拡張性：コンテナはプラットフォームに依存しないため、ハードウェアの違いに関係なく、同じコンテナ化された機能を異なるSDVプラットフォームで実行できる。これにより、自動車メーカーは開発コストとメンテナンスコストを劇的に削減できる。
  • 集中制御とモニタリング：マネージドコンテナを活用することで、自動車メーカーは集中制御・モニタリング機能を得ることができる。各ソフトウェアモジュールのパフォーマンスをリアルタイムで表示するダッシュボードを持つようなもので、これにより、迅速な診断ができ、セキュリティ上の脅威や重大な不具合に連携して対応できるようになる。

VMとコンテナによるモジュール化は、自動車メーカーが先手を打って業務を効率化するのに役立ちます。VMとコンテナを使えば、SDVは新しいソフトウェアやハードウェアの開発を簡単に取り入れることができます。車載エンターテインメントシステムを最新のAI機能でアップグレードする必要がある場合、対応するコンテナを最新バージョンと入れ替えるだけで済みます。

この適応性により、SDVのテクノロジーは常に最新の状態に保たれ、変化する業界の要件に適応するため、自動車メーカーは常に自動車技術革新の最前線に立ち続けることができます。このような開発により、従来のECUパラダイムは終わりを告げ、柔軟でアップグレード可能な、常に変化し続ける自動車の新時代が到来するでしょう。


SDVの実用化

テスラは、ゾーンアーキテクチャとOTAアップデートを採用することで、業界を前進させた魅力的な事例です。例えば、テスラのモデルSとモデルXには、高性能フルセルフドライビング（FSD）コンピュータが1台しか搭載されておらず、従来は多くの独立したECUによって管理されていたタスクをたった1台で処理します。この合理化されたアーキテクチャは、重量と複雑さを軽減し、ソフトウェアアップデートによって可能性の世界を解き放ちます。

テスラの走行距離を一晩で10マイルも向上させるOTAアップデートを想像してください。これはまさに2020年に起きたことで、ソフトウェア主導の性能強化の威力を示す例となっています。しかし、テスラの野心は走行距離にとどまりません。2022 年には「サモン」機能を導入し、スマートフォンアプリを使って遠隔操作で車を駐車したり回収したりできるようにしました。これは、これまでには考えられない機能です。

しかし、このゲームに参加しているのはテスラだけではありません。メルセデス・ベンツの新型セダンEQSも、モジュラ式電気アーキテクチャを採用し、将来のソフトウェア定義機能の基礎を築いています。ボルボもゾーンアーキテクチャを採用し、トヨタとGMも同様のコンセプトを積極的に模索しています。世界の自動車事情は変わりつつあり、SDVがその変化を牽引しているのです。

自動車メーカーだけでなく、サプライヤーもこの変化に対応しています。NXP Semiconductorsやボッシュのような企業は、ゾーンアーキテクチャ専用に設計された堅牢な集中型コントローラを開発しています。このような成長するエコシステムはイノベーションを促進し、SDV革命に必要なハードウェアインフラを保証します。


まとめ

SDVの台頭は、業界にとって極めて重要な瞬間です。集中処理とモジュール設計を備えたゾーンアーキテクチャは、絶え間ないイノベーションの未来を切り開いています。学習し、適応し、運転体験を向上させ、個々のニーズに合わせて性能を調整するパーソナライズされたアップデートを受け取る自動車を想像してください。あなたとともに進化する車、ただあなたに寄り添うだけでなく、時間とともに、より革新的に、より安全に、そしてより効率的になる車を想像してください。

ブレーキや衝突回避ソフトウェアなどの重要なシステムを遠隔操作でアップデートできるようになれば、確実に交通安全が大幅に向上します。さらに、ソフトウェアのアップデートによってエンジン性能とエネルギー管理を継続的に最適化することで、よりクリーンで持続可能な輸送の未来を切り開くことができるでしょう。

しかし、その前途に波風がないわけではありません。ソフトウェアのアップデートのセキュリティと信頼性を確保することが最も重要です。規制当局とメーカーは協力して、こうしたコネクテッドカーのための強固なサイバーセキュリティ・プロトコルを確立しなければなりません。さらに、エンターテインメントとブレーキのような安全要件が異なる機能が混在する、クリティカリティにばらつきがあるシステムを管理するには、高度な仮想化ソリューションが必要となります。

SDVの進化はまだ初期段階ですが、その可能性は否定できません。ゾーンアーキテクチャ設計、広帯域接続技術、SDVに特化した開発プラットフォームにおける継続的な進歩は、自律走行車とコネクテッドカー・サービスの台頭を加速させるはずです。自動車が互いに、そして周囲のインフラとシームレスに通信し、インテリジェントなモビリティの調和を生み出す世界を想像してください。