第3世代インテル(R) Core(TM) プロセッサ搭載の小型組込みコンピュータAR2000モデル430H

(1)

Embedded Computer AR2000 Model 430H with a Third-generation Intel

®

_Core™

Processor

AR2000 シリーズは組込み市場向けの小型コンピュータである．今般，シリーズの最新機種となるモデル 430H を開発した．第 3 世代インテル Core プロセッサによる処理性能向上だけでなく，USB3.0 や CFast 採用による大幅なデータ転送性能向上を実現している．

The AR2000 series are compact computer models that are designed for the embedded computer market. The Model 430H is the latest model in this series. Not only has the processing performance been improved by the use of a third-generation Intel Core Processor, the data transfer performance has also been significantly improved with the introduction of USB3.0 and CFast support.

1 まえがき

PFU は，組込み市場向けの小型コンピュータとして， AR2000 シリーズ（以降，AR2000）を 2004 年 11 月から出荷開始し，継続的に新製品を投入することで顧客の要求に応え続けてきた．本稿では，今回新たに出荷を開始した「AR2000 モデル 430H」（以降，本製品）について，仕様や特長を紹介するとともに，本製品の開発における取り組みについて解説する参１）_．

2 開発の狙い

現代社会における IT 活用の進展に伴って，扱われるデータ量は年々増え続けており，それは組込み市場においても例外ではない．工作機械や半導体製造装置のシステム全体の高機能化や高性能化に伴い，これらを制御する組込みコンピュータである AR2000 に対しても高い性能が求められている．2011 年 11 月に AR2000 モデル 420F参２）_{（以降，従来機）を出荷開始してからも，} より処理性能の高い製品を求める事例は多く，その要望に応える新たな製品の開発を検討してきた．

3 本製品の概要と特長

3.1 概要本製品は小型サイズの筐体に「第 3 世代インテル注１） Core注１）_{プロセッサ」を搭載し，小型でありながら高} い性能を実現した製品である．本製品の仕様を表 - １に，外観を図 - １に示す．注１）インテルおよびインテル Core は，米国およびその他の国における Intel Corporation の商標である．岡田　恭 * Kyo Okada 前山咲子 * Sakiko Maeyama 森　耕祐 * Kousuke Mori 森川博充 * Hiromitsu Morikawa 野村隆弘 * Takahiro Nomura 罍　貴頼 * Takayori Motai 南雲民男 ** Tamio Nagumo * ProDeS グループ　エンベデッドプロダクト事業部　第二技術部 ** 営業グループ　エンベデッドビジネス営業統括部　営業部

(2)

◆表 - １　AR2000 モデル 430H 仕様概要◆ 機能内容種別 AC アダプター入力タイプ DC 入力タイプ CPU インテル Core i5-3610ME（2.7GHz）インテル Celeron※１ 1020E（2.2GHz）インテル Core i5-3610ME（2.7GHz）インテル Celeron 1020E（2.2GHz）チップセットモバイルインテル HM76 Express チップセットメモリ 2GB/4GB/8GB/16GB DDR3-1600 Unbuffered SO-DIMM（ECC なし）表示制御グラフィックコントローラ CPU 内蔵グラフィックコントローラ（VRAM はメインメモリ使用）インテル HD グラフィックス 4000 インテル HD グラフィックスインテル HD グラフィックス 4000 インテル HD グラフィックスアナログ最大解像度及び表示色 QXGA（2,048 × 1,536）：1,677 万色デジタル最大解像度及び表示色 WUXGA（1,920 × 1,200）：1,677 万色補助記憶装置 HDD 320GB（シリアル ATA）× 1 搭載可※２ SSD 50GB（シリアル ATA，SLC）× 1 搭載可※２ CFast※３ _{1 スロット（シリアル ATA），2GB/4GB/8GB/16GB 搭載可} 入出力端子ディスプレイ 2（DVI － I × 1，DVI － D × 1） LAN 2（1000BASE-T/100BASE-TX/10BASE-T）

LAN1（LAN コネクター 1）は PXE ブート，Wake up on LAN に対応シリアル 2（D-SUB 9pin）（RS-232C）

USB 4（USB3.0 × 2，USB2.0 × 2）

オーディオラインアウト EMC 規格対応 VCCI Class A ，FCC Class A 海外安全規格対応 UL60950-1，CSA60950-1 NRTL/C※４ RAS 機能専用ソフトウェア EmbedWare/SysMon による状態表示，異常通知機能： CPU 温度監視，ファン回転数監視，電圧監視，HDD/SSD 監視，S.M.A.R.T. アトリビュートの取得， USB ストレージデバイス着脱監視，ウォッチドッグタイマー機能供給電源 AC アダプター入力（AC100V，50/60Hz） DC 入力（24V）最大消費電力 95W 75W 85W 65W 動作周囲温度 0 ～ 50℃（HDD/SSD 搭載時は 5 ～ 45℃）※５

対応 OS Windows® ※６_{7 Professional SP1 32bit 版／ 64bit 版，}

Windows Embedded Standard 7 SP1 32bit 版／ 64bit 版， Ubuntu 12.10 Desktop 32bit 版／ 64bit 版質量約 1.5kg 外形寸法（W × D × H） 178mm × 175mm × 50mm（ゴム足，突起物含まず）振動動作時：0.4G（HDD 搭載時），2.2G（HDD 非搭載時）非動作時：1.0G（HDD 搭載時），2.2G（HDD 非搭載時）衝撃動作時／非動作時：20G（HDD 搭載時／ HDD 非搭載時）環境対応 RoHS 指令対応 ※１ Celeron は，米国およびその他の国における Intel Corporation の商標である． ※２ PFU 提供の HDD 又は SSD のみ使用可能．HDD か SSD のいずれか一方のみ搭載可能． ※３ CFast とは，CompactFlash Association が策定したフラッシュメモリカードにおける規格の一つである．

CompactFlash（CF）がパラレル ATA インターフェースであるのに対し，CFast はシリアル ATA インターフェースに対応しており， CF よりも高速な転送が可能である．

※４ UL60950，CSA60950 は認証機関 CSA で NRTL/C 規格取得．

※５当条件は本体装置の値である．AC アダプターは，0 ～ 35℃の条件で使用可能．

(3)

3.2 特長

（１） COM Express Type 6 の採用による処理性能向上

PFU のエンベデッド製品の中核となるシステムオンモジュール参３）_{は，組込み用に開発した COM Express}

規格注２）_{準拠の小型 CPU モジュールである．本製品で}

は，第 3 世代インテル Core プロセッサの Ivy Bridge を搭載した COM Express Type 6 準拠のシステムオンモジュールである AM120 モデル 210H を採用している．

本製品の Core i5-3610ME 搭載モデルと，従来機の Core i5-520E 搭載モデルを比較すると，CPU 性能は約 1.3 倍，メモリ性能は約 1.2 倍となっている．また，本製品の Celeron 1020E 搭載モデルと，従来機の Celeron P4505 搭載モデルを比較すると，CPU 性能，メモリ性能ともに約 1.2 倍となっている．（２）豊富なインターフェース本製品は小型の筐体でありながらも豊富なインターフェースを備えており，幅広い用途での使用が可能なことも特長の一つである． LAN は 1000BASE-T に対応したポートを二つ備えており，例えば，系統の異なる二つのネットワークへの接続を 1 台で実現できる．また，シリアル通信向けに RS-232C 準拠の D-Sub 9 ピン端子を二つ持っており，レガシーデバイスの制御も可能である．さらには，USB を 4 ポート備えており，そのうち 2 ポートは USB3.0 に対応している（残り 2 ポートは USB2.0 まで対応）．USB3.0 ポートは USB2.0 ポートに対し

注２） COM Express は，PICMG が制定した次世代 COM （Computer On Module）の標準規格で，PCI Express やシリアル ATA 等の高速インターフェースに対応している．PICMG （PCI Industrial Computer Manufacturers Group）は，高性能テレコミュニケーションと産業コンピュータの利用促進のために，オープンな標準規格を開発している団体である．て 8 倍以上の読み込み速度を実現できており，従来よりも多くのデータを取り扱うアプリケーションにおいても高速な処理が可能である．画面表示出力については，従来機が専用の分岐ケーブルを使って 2 画面表示を実現していたのに対し，本製品ではデジタル画像出力（DVI）2 ポートを搭載しており，分岐ケーブルを使うことなく独立 2 画面の描画が可能である．また，1 ポートはアナログ RGB 出力にも対応しており，顧客の環境に合わせた使い分けを可能としている．（３）多彩な記憶媒体と転送処理性能向上本製品で使用できる記憶媒体として，HDD と SSD と CFast の 3 種類のオプションを用意している． HDD は 2.5 インチ 320GB の媒体を装置内部に搭載することが可能であり，大容量のデータを取り扱うアプリケーションに適している．また，HDD の代わりに 50GB の SSD を搭載することもでき，HDD よりも高速なデータアクセス，例えば OS 起動時間の短縮が可能である．SSD 内部に搭載される NAND 型フラッシュメモリは，SLC 型（Single Level Cell）を採用しており，MLC 型（Multi Level Cell）の SSD と比べて書き換え可能な上限回数が多く，データ保持期間が比較的長いという特長がある．そのため，より信頼性が高く，より品質の良い製品を顧客に提供できる．さらに本製品では，PFU 製品では初めて CFast を採用しており，従来機で採用していた CF と比べて約 2 倍の転送速度を実現している．CFast は HDD や SSD と組み合わせて使用することも可能である．（４）充実のソフトウェアサポート１） 3 種類の OS 対応本製品で動作可能な OS として，Windows 7 Professional，Windows Embedded Standard 7，および，Ubuntu 12.10 Desktop を確認しており，そのうち Windows の 2 種類はプレインストール出荷オプションを用意している（それぞれ 32bit 版と 64bit 版を用意）．２）セットアップメニューによる環境設定変更セットアップメニューから本製品のハードウェア環境設定を変更することができ，顧客の使い方に合わせた設定が可能である．例えば，スリープ時の USB 電力供給の有無が選択可能なため，顧客の使用環境に合わせた省電力に貢献できる．また，指定した時刻にシステムを自動で起動 ◆図 - １　AR2000 モデル 430H 外観◆ （Fig.1-AR2000 Model 430H external view）

(4)

する設定が可能であり，組込み装置を毎日決まった時間から使うことができる．さらに，ウォッチドッグタイマーを設定することで，システム停止状態の検出や自動復旧が可能となり，システム運用管理者の負担を軽減できる．３） EmbedWare/SysMon によるハードウェア監視参４） PFU 製ハードウェア監視ツール EmbedWare/ SysMon により，システム安定稼働に向けてハードウェアの状態監視や制御が可能である．具体例をあげると以下のとおりである． ① CPU やメモリなどのシステム情報表示 ② CPU 温度やファン回転数といったハードウェア情報表示と監視 ③ システム異常発生時のメッセージ表示やシャットダウン制御 ④ BIOS イベントログ収集と表示４）BIOS や OS のカスタマイズ・サービス参５）出荷オプションとして用意されていない OS の対応や，セットアップメニューから変更できないハードウェア環境の設定変更などのカスタマイズ・サービスも行っており，顧客満足度の向上に努めている．

4 本製品開発における取り組み

4.1 従来機とのサイズ互換および取り付け互換の維持従来機を使用している顧客が本製品への買い換えを検討する場合，従来機とのサイズ互換および取り付け互換があることは，本製品を採用する上で非常に重要な要因の一つであると考えられる．これまでも，そのことを強く意識して AR2000 の製品開発を行ってきた．本製品で採用した AM120 モデル 210H は，COM Express Type 6 に準拠するにあたって，基板上の部品レイアウトを従来の COM Express Type 2 準拠から大きく変更した参６）_{．そのため，本製品の最適な内部} 構造を検討するにあたり，従来の AR2000 の構造のまま AM120 モデル 210H を搭載した場合に，CPU やメモリを効率よく冷却できるかどうかを十分に検証する必要があった．従来機の内部構造を図 - ２に示す．従来機ではシステムオンモジュールと HDD（又は SSD）を横並びに配置することで，冷却性能を確保しながらも小型の筐体に収める構造を実現していた．この従来機に AM120 モデル 210H をそのまま搭載すると図 - ３のようになる．AM120 モデル 210H とそれが搭載されるキャリアボードとを接続するコネクターの位置は決まっているため，その搭載方向は図 - ３のように決まる．従来機と比較して，システムオンモジュール上の CPU やチップセットの配置が変わるため，これまで使用していた CPU 冷却用のヒートシンクを搭載すると図 - ３のとおり，板状のフィンの向きが空気の流れに対し垂直となり冷却できない．そこで，ヒートシンクのフィンの向きを空気の流れと平行にすれば解決できると考え，熱解析を行った．ところが，前方に配置されるメモリの熱を纏った空気が後方に流れてくるこ HDD/SSD システムオンモジュール

（COM Express Type 2）（ファンによる排気）空気の流れ

メモリ

空気の流れ（ファンによる排気）システムオンモジュール

AM120モデル210H （COM Express Type 6）

CPU冷却用ヒートシンク HDD/SSD ◆図 - ２　従来機の内部構造◆ （Fig.2-Older model internal view） ◆図 - ３　従来機に AM120 モデル 210H を搭載したときの内部構造◆ （Fig.3-Internal view of an AM120 Model 210H that is installed in an older model）

(5)

とで，CPU やチップセットを十分に冷却できないことが分かった．そのため，従来機とのサイズ互換および取り付け互換を維持しながらも冷却性能を確保する構造の検討を行い，システムオンモジュールと HDD の搭載面を別々にする構造を採用した．それが図 - ４である．システムオンモジュールと HDD の搭載箇所を上下に分けることで，それぞれの配置に対する自由度が高まり，従来機のヒートシンクをそのまま使用しながらも冷却性能が確保できるシステムオンモジュールとファンの位置関係を熱解析から導き出した．また，HDD を装置底面側に配置するにあたり， HDD の取り付けや保守時の交換作業がしやすくなるように，底面から着脱可能な構造を採用した．底面のカバーを外した状態を図 - ５に示す．さらには，今回の構造変更に伴って構造部品点数を減らせたことにより，本製品の質量を従来機の約 2.0kg から 1.5kg 以下にできており，本製品が組み込まれた顧客環境におけるメンテナンス性向上にも貢献している． 4.2 HDD 搭載時の信頼性を向上させるファン固定構造組込み向けコンピュータを使う顧客が最も必要とする機能は，製品の安定性である．それは，顧客が使用しているモデルの製品と同等以上の性能を持つ製品を，長期間供給し続けるという意味であったり，製品が故障することなく使い続けることができるという意味であったり，様々な環境下におかれても一定以上の性能を出し続けることができるという意味であったりする．本製品では HDD をオプション品として用意していシステムオンモジュール AM120モデル210H （COM Express Type 6）

空気の流れ（ファンによる排気）キャリアボード（HDD/SSDは，この下） HDD/SSD ◆図 - ４　本製品の内部構造◆ （Fig.4-Model 430H internal view） ◆図 - ５　カバーを外した状態の装置底面◆ （Fig.5-Underside view with the cover removed）ゲル部材 ◆図 - ６　ファン取り付け構造◆ （Fig.6-Fan installation）る．その HDD は SSD や CFast と比べて大容量のデータを扱える反面，駆動部品を持つことで振動や衝撃に弱い一面を持つ．AR2000 の開発では，HDD を搭載した場合に，ただ動作することだけではなく，一定以上のアクセス性能が安定して得られることを基準として確認を行っている．ファンを筐体に直接取り付けた試作機による確認では，ファンの振動が HDD に伝わりアクセス性能が低下することが分かった．そのため本製品では，ファンと筐体の間にゲル部材をはさみ，ファンの振動を吸収する構造を採用している．ファンの取り付け構造を図 - ６に示す．

5 利用事例

本製品の利用事例を図 - ７に示す．本製品の豊富なインターフェースを利用して，異なる 2 系統のネットワークから配信される画像データを，それぞれ別の 2 画面に表示できる．また，CFast に OS を格納し HDD に画像データを格納することで，システム全体の動作やデータの転送を素早く処理することが可能である．

(6)

6 むすび

従来機とのサイズ互換および取り付け互換を維持しながらも，内部構造を工夫し，COM Express Type 6 準拠のシステムオンモジュールを搭載可能にしたことで，性能を向上した製品を実現した．今後も組込み市場のニーズに応えるため，システムオンモジュールのラインナップ拡大に合わせて， AR2000 の新製品も素早く開発していく．参考文献参１） AR2000 モデル 430H ホームページ http://www.pfu.fujitsu.com/prodes/product/ar/ar2000_430h. html 参２） AR2000 モデル 420F ホームページ http://www.pfu.fujitsu.com/prodes/product/ar/ar2000_420f. html 参３）システムオンモジュールホームページ http://www.pfu.fujitsu.com/prodes/product/som/ 参４）ハードウェア監視ツール（EmbedWare/SysMon：エンベウェア／シスモン）ホームページ http://www.pfu.fujitsu.com/prodes/product/embed/ 参５）番井，宇都宮：組み込み製品における BIOS，OS カスタマイ

ズ・サービス，PFU Tech. Rev.,17,2,pp.26-30(2006)．参６）中川，沼田：COM Express Type 6 規格に対応したシステム

オンモジュール「AM120 モデル 210H」，PFU Tech. Rev., 23,2,pp.33-38(2012)．ディスプレイディスプレイ画像データ画像データネットワークネットワーク AR2000 モデル430H ◆図 - ７　本製品の利用事例◆ （Fig.7-Model 430H example configuration）