CPUとは？組込み向けCPU・MPU・SoCの種類と、コア・周波数・消費電力の選び方

この記事の答え

CPUは、プログラムの命令を実行し、演算や制御を行う処理装置です。組込み向けは、CPUの系統と使うソフトウェアを先に決め、必要な通信・表示・メモリ、電力と温度条件を品番ごとに確認します。クロックだけで処理の速さを決めず、実際のソフトウェアを評価基板で動かして選びます。

CPUとは

CPUは、装置のプログラムを動かす処理部分です。産業機器では、機械の制御、画面表示、通信、カメラ画像の処理などを受け持ちます。

CPUのメーカー比較では、基板に実装するCPU・MPU・CPU内蔵SoCを扱います。完成パソコン、PLC用CPUユニット、CPUモジュールやマザーボードは含めません。部品を選ぶ段階と、完成装置を選ぶ段階を分けています。

CPUは、命令を実行する処理部分です。資料では、半導体の製品名と、内部のCPUコア名を分けて読みます
MPUは、CPUを中心にしたマイクロプロセッサです。ルネサスのRZ/G2Lは、Cortex-A55とCortex-M33に描画や通信をまとめたMPUとして案内されています
SoCは、CPUや周辺機能をまとめた半導体です。TIのAM625は、CPUと描画・表示・通信などをまとめたSoCです

MPUとSoCの呼び方はメーカーによって重なります。名称だけで機能を判断せず、ブロック図と品番別の仕様を確かめます。

既存のプログラム、OS、ドライバの対応を先に確認します。命令系統が変わるときは、移植する範囲と評価に使う基板も決めます。

ルネサスのR9A07G044L23GBGは、Cortex-A55が2コアです。同じRZ/G2LのR9A07G044L13GBGは、Cortex-A55が1コアで、どちらもCortex-M33を備えます
NXPのMIMX8MM6CVTKZAAは、Cortex-A53が4コアです。MIMX8MM4CVTKZAAは2コアで、産業用の最大クロックはどちらも1.6GHzです
Ryzen Embedded R2314は、4コア・4スレッドでベース2.1GHzです。R2312は2コア・4スレッドでベース2.7GHzです

ベースクロックと最大クロックは、同じ条件の数字ではありません。コア数が多くても、処理を並列に分けられなければ使い切れません。ベンチマークで性能比較するときも、メモリや入出力を含め、実際の処理時間で判断します。

出典：AMDの仕様発表。最大ブーストも、冷却・基板・BIOSなどの条件で変わります（AMD 製品ブリーフの注記）⁠。

RZ/G2Lの温度範囲は、周囲温度Taで-40〜+85℃です
MA35D16A887Cの温度範囲は、現行データシートでは接合温度Tjで-40〜+105℃です
SAMA7G54-V/4HBの温度範囲は、Tjで-40〜+105℃です。SAMA7G54-E/4HBは-40〜+125℃ですが、105℃を超える範囲ではCPUの上限が800MHzになります

Taは周囲の温度、Tjはチップ内部の接合温度です。両方をそのまま比較せず、筐体内の温度と基板の放熱を合わせて確認します。

カメラをつなぐなら、入力方式と画像処理を確かめます。QCS6490はAI処理が最大12TOPSですが、実際のモデルが対応するかは別に評価します
メモリは、内蔵容量と外付けの対応規格を分けます。MA35D16A887Cは256MBのDDR3Lを内蔵し、i.MX 8M MiniはLPDDR4・DDR4・DDR3Lを使う構成です
通信機能は、MACやコントローラの内蔵と、外付け部品まで含む接続を区別します。QCS6490のWi-Fi・Bluetoothはコンパニオン部品を使う構成です
価格は、数量・納期・温度グレード・パッケージを揃えて確認します。比較表では根拠のない単価やコストの高低を付けていません