10BASE-T1Sが自動車通信用イーサネット・リンクに必要とされる理由

自動車メーカーは、パーソナライゼーション、電化、自律化、ネットワーク化といったいくつかの重要なメガトレンドに対するソリューションを早急に提供する必要に迫られています。OEMは、新たな機能に対応するために、E/Eアーキテクチャを大幅に変更する必要に迫られるでしょう。この大変革には難しい技術的課題が伴いますが、OEMにとっては、E/Eアーキテクチャをドメインベースのソリューションから脱却させることを考える機会でもあります。ドメインベースのソリューションは、幾世代ものプラットフォームに繰り返し行われてきたアドオンによって、扱いにくいものになっています。この大幅なアーキテクチャ変更により、OEMは優れた技術的ソリューションの実現を重視する一方で、車両のパーソナライゼーション、サービスの販売、無線（OTA）アップグレードなどの機能を通じて、新たな販売後収益の流れを加えることができます。業界は、ゾーン・アーキテクチャと呼ばれる共通の新しいアーキテクチャの方向に進みつつあり、他産業、とりわけIT分野の技術や事例を利用することに目を向けています。その結果、今や自動車は、実質的に車輪の付いたコンピュータになろうとしています。

ドメインベース・アーキテクチャが機能によって接続を決定していたのと異なり、ゾーン・アーキテクチャは物理的な位置によって接続を決定します。この変更は、車両に搭載する電子制御ユニット（ECU）の数を大幅に減らし、最大で1km¹のハーネス配線を不要にします。さらに、このアーキテクチャはハードウェアとソフトウェアを分離して、サービス指向アーキテクチャ（SOA）を提供します。多くのOEMが、プラットフォームの統合化を容易にして、より機能横断的な能力を実現するエンドtoエンド・ソリューションを提供することを目標に、ソフトウェアを自社のものとするための多大な投資を行っています²。このスケーラブルなソフトウェア・プラットフォームのアプローチは、変動要素を最小限に抑え、新たな収益への流れを作る機会を提供して、長期的な研究開発投資削減への道を開くと共に、複数の車種に対応しながら開発時間を短縮します。

これらの革命的なアーキテクチャの変化には多くの課題が伴い、多くのOEMは、全体的な組織構造を変革して、個々のグループが特定分野の機能だけを提供するという体制を廃し、より統合化された機能横断的な組織へと移行することを強いられました。

自動車産業は急速にイーサネット・デバイスの主要な消費者となりつつあり、自動車へのイーサネット導入の広範な展開は、これらの新しいアーキテクチャの導入を成功させる重要な柱の1つと見なされています。イーサネットは、必要なスケーラビリティを提供して複数の速度グレードをサポートする、実績と信頼性を備えた伝送媒体であり、サービスベースのアーキテクチャをサポートすると共に、成熟した安全およびセキュリティ用のビルディング・ブロックを備えています。イーサネットは明確に定義され十分に理解されたOSIモデルであり、複雑な自動車用ネットワーク全体の管理を容易にします。

ゾーン・アーキテクチャという概念の発展と共に、この新しいアーキテクチャの利点をフル活用するには、エッジ部分にあるセンサーやアクチュエータまでのすべてにイーサネット接続できる必要のあることが明らかになりました。FlexRayやCANといった既存の従来型接続技術では、プロトコルの変換が必要です。通常、これはゲートウェイ内に実装されますが、コスト、複雑さ、遅延を増大させる可能性があります。100BASE-T1などの既存のオートモーティブ・イーサネット技術は、ポイントtoポイントのスイッチング接続を使用する必要があるので、エッジ接続アプリケーションをイーサネットへ移行させるためのシステム・コスト上の要求を満たしていませんでした。以上のような経緯で、この問題への対応をIEEEに求める声が上がりました。主な条件の一部を以下に挙げます⁴。

• 既存技術（例えばCAN(FD)など）よりも高速の通信
• FlexRayのような従来型車載ネットワーキング技術に代わる後継技術
• ECU用としてはコスト効率やエネルギー効率があま良くない100BASE-T1の代替技術
• 単純な冗長センサー回路の接続に対応できる能力

10BASE-T1S仕様は、2020年2月に発表されたIEEE 802.3cg規格の一部として策定されました。10BASE-T1Sは、オートモーティブ・イーサネット・エコシステムに欠けていた機能を提供して真のイーサネット–エッジ間接続を可能にし、ゾーン・アーキテクチャのニーズに対応します。

他のオートモーティブ・イーサネット技術と異なる10BASE-T1Sの画期的かつユニークな側面は、マルチドロップ・トポロジをサポートしていることです。このトポロジでは、すべてのノードが同じシールドなしツイスト・ペア・ケーブルで接続されます。このバス実装は、各ノードに1つのイーサネットPHYしか必要としない最適化されたBOMを提供し、他のイーサネット技術に付きもののスイッチやスター・トポロジを実装する必要がなくなります。この規格では、少なくとも8個のノードをサポートすることが仕様規定されており（さらに多くのノードもサポート可能）、最大25mのバス長が可能でなければなりません。