マイクロコントローラーの種類: ファミリーと分類を解説

マイクロコントローラーは、プロセッサ コア、フラッシュ メモリ、RAM、プログラム可能な周辺機器を1チップに統合した集積回路です。各組み込み設計の要件に合わせて、ビット幅、アーキテクチャ、アプリケーション分野で分類されます。

マイクロコントローラーを定義する3つの軸:

  • ビット幅 — CPUが1サイクルで処理するデータ量: 8ビット、16ビット、32ビット
  • プロセッサ アーキテクチャ — 命令セットとコア設計: Arm® Cortex®-M、RISC-V、またはインフィニオンのTriCore™
  • アプリケーション分野 — 対象市場とその認証要件: 車載、産業、IoT、汎用
マイクロコントローラーの分類階層

図: マイクロコントローラーの分類体系。ビット幅、プロセッサーアーキテクチャ、アプリケーション分野の階層に加え、横断的な分類軸として動作温度範囲を示しています。

代替テキスト: マイクロコントローラーが、3つの主要な分類軸に枝分かれする分類図。分類軸は、ビット幅（8ビット、16ビット、32ビット）、プロセッサーアーキテクチャ（Arm® Cortex®-M0 / M0+ / M3 / M4 / M7 / M33 / M55、TriCore™、RISC-V）、アプリケーション分野（車載、産業、IoT、汎用）で構成されています。さらに、3つの分類軸すべてを横断する帯として、動作温度範囲が示されています。動作温度範囲は、民生・産業用が−40°C～85°C、車載用が−40°C～150°Cです。

マイクロコントローラーの分類方法

1. ビット幅別: 処理能力

ビット幅は、CPUが1回の演算で扱うビット数を決めます。道路の車線数に例えると分かりやすいです。車線が多いほど、データのスループットが高くなります。

主なポイント:

  • 32ビットMCUは4バイトを同時に処理します。これは8ビット デバイスの4倍のスループットです。
  • 32ビット デバイスは、純粋な8ビット バスの256バイトに対し、4 GBのアドレス指定可能なメモリ空間を提供します。
  • 現在の新しい組み込み設計の多くは32ビットから始まります。量産時の8ビットに対するコスト差は最小限です。

アーキテクチャは、命令セット、利用可能なハードウェア拡張機能、ソフトウェア エコシステムを決定します。インフィニオンは3つのアーキテクチャ ファミリーを使用しています。Arm® Cortex®-M (M0からM55までの複数のサブバリエーション)、インフィニオン独自のTriCore™、およびオープンなRISC-V ISAです。

インフィニオンの車載Arm® Cortex®-M製品ファミリーは、シングルコアのボディ エレクトロニクス コントローラーからマルチコアの車載SoCまでを網羅しており、いずれもAEC-Q100 Grade 1に適合しています。

PSOC™ 4 Automotiveマイクロコントローラーは、最大96 MHzで動作する単一のArm® Cortex®-M0+ コアと、オンチップのプログラム可能なアナログおよびデジタル周辺機能を組み合わせています。AEC-Q100 Grade 1への適合と-40 °C～+125 °Cの動作温度範囲により、照明制御、HVAC、シート調整、ウィンドウ リフト アプリケーションに適しています。

PSOC™ 6 Automotiveマイクロコントローラーは、150 MHzのArm® Cortex®-M4アプリケーション プロセッサと100 MHzのArm® Cortex®-M0+ コプロセッサを単一ダイに統合しています。オンチップのハードウェア暗号 (AES-256、SHA-2、非対称鍵演算) は、車両アクセス システム、V2Xモジュール、インフォテインメント接続コントローラーなどのコネクテッド アプリケーションをサポートします。

TRAVEO™ T2G車載SoCは、Arm® Cortex®-M7、M4、M0+ コアを同時に動作させます。ASIL-B対応機能とオプションの2D GPUにより、デジタル インストルメント クラスター、ボディ コントロール モジュール、ゲートウェイECUに対応します。

インフィニオンの産業用および民生用Arm® Cortex®-Mファミリーは、エントリーレベルのM0コアからデュアルコアのM4 + M0+ 構成まで幅広く、モーター制御、IoTセンサー ノード、低消費電力のAI/ML推論をカバーしています。

XMC™ 1000マイクロコントローラーは、コスト重視の産業用センサーおよびアクチュエーター設計にArm® Cortex®-M0コアを使用します。XMC™ 4000マイクロコントローラーは、ハードウェア浮動小数点ユニットを備えたArm® Cortex®-M4コアを搭載し、産業用モーター ドライブおよびエネルギー管理を対象としています。

PSOC™ 4マイクロコントローラーは、構成可能なアナログおよびデジタル ブロックとArm® Cortex®-M0+ コアを統合し、IoTセンサー ノードの外部部品点数を削減します。PSOC™ 6マイクロコントローラーは、Arm® Cortex®-M4とM0+ のコアを組み合わせ、エッジでの低消費電力AI/MLワークロードに対応しています。MOTIX™ モーター制御SoCは、ゲートドライバおよびアナログ フロントエンドとともにArm® Cortex®-M0+ コアを内蔵し、ブラシ付きおよびブラシレス モーター ドライブ設計における複数のディスクリート部品を置き換えます。

アーキテクチャ選定クイックガイド:

  • Arm® Cortex®-M0/M0+: 低コストのセンシング、HMI、簡易制御に最適: コードサイズ最小、消費電力最小
  • Arm® Cortex®-M4/M7: 産業用途の主力: ハードウェアFPUとDSPにより、リアルタイム モーター制御と電力変換を実用化
  • Arm® Cortex®-M23: Arm® Cortex®-M0クラスにTrustZone® を追加: 認証済みモーター ドライブSoC向けMOTIX™ MCUで使用
  • Arm® Cortex®-M33: TrustZone® + パフォーマンス: PSA Certified IoTおよび産業用セキュリティ設計の標準的な選択肢
  • Arm® Cortex®-M55 + Ethos™ U85: エッジでのオンデバイスAI推論: カメラ、オーディオ、センサー フュージョンにおけるクラウド通信の遅延を解消
  • TriCore™: ソフトウェアの回避策ではなく、ハードウェア設計でASIL-Dを実現: このレベルに到達するインフィニオン唯一のコア

アプリケーション分野によって、認定基準、動作温度、安全認証が決まります。これらは、チップ選定後に後付けできない要件です。

 

  • AEC-Q100の信頼性認定試験 (温度サイクル、湿度、ESD試験) に合格する必要があります。
  • 安全性が重要なECU (パワートレイン、ADAS、EV制御) には、ISO 26262の最高インテグリティ レベルであるASIL-Dが求められます。
  • デバイスは、最低15年の車両寿命にわたって信頼性を維持する必要があります。

分類に加えて、オンチップ メモリと周辺機能の統合度が、システム コストと基板の複雑さを直接左右します。


デバイス クラス別のメモリ範囲:

  • シンプルな8ビット ノード: 4 kBフラッシュ / 256 B RAMから
  • 産業用32ビットMCU: 通常256 kB～8 MBフラッシュ / 32 kB～1 MB RAM
  • ハイエンド車載SoC: 最大64 MBのオンチップ フラッシュ

外部ICを不要にする一般的なオンチップ周辺機能:

  • 通信: CAN、LIN、Ethernet、USB、SPI、I²C、UART
  • アナログ: ADC、DAC、オペアンプ、コンパレータ
  • 制御: ハードウェアPWMタイマー、エンコーダー インターフェース、安全ウォッチドッグ
  • 接続機能: Bluetooth Low EnergyおよびWi‑Fi無線 (IoTクラス デバイス)

よくある質問

8ビット マイクロコントローラーと32ビット マイクロコントローラーの違いは何ですか？

8ビットと32ビットのマイクロコントローラーの根本的な違いは、データ処理能力にあります。8ビット デバイスは1サイクルあたり1バイトを処理します。これはLED制御、基本的なセンサー読み取り、低速シリアル通信タスクには十分です。32ビット デバイスは4バイトを同時に処理し、4 GBのメモリ アドレス空間とハードウェア浮動小数点演算にアクセスできます。

  • 32ビット デバイスはリアルタイム オペレーティング システム (RTOS) に対応。8ビット デバイスは通常、OSを介さずにファームウェアを直接実行します。
  • RTOS、DSPワークロード、または機能安全認証を必要とするあらゆるアプリケーションでは、32ビットが最低限の出発点となります。

マイクロコントローラーとマイクロプロセッサは、どちらもCPUコアを含みますが、同じものではありません。重要な違いは統合度です。

  • マイクロプロセッサはスタンドアロンのCPUであり、動作には外部RAM、外部フラッシュ、およびOSが必要です (例: ノートパソコンやRaspberry Piに搭載されているプロセッサ)。
  • マイクロコントローラーは、1つのチップにCPU、フラッシュ、RAM、周辺機能が統合されており、外部メモリICを必要とせず、電源投入直後からファームウェアを直接実行します。
  • 一般的な32ビットMCUは、64 kB～8 MBのオンチップ フラッシュ ストレージを搭載しています。

その結果、マイクロコントローラーは小型で消費電力が低く、専用の組み込み制御用途に適したコスト効率の高い選択肢となります。

インフィニオンは、車載/機能安全と産業/民生の2つの領域に分類される、6つの現行MCUファミリーを提供しています。各ファミリーは、特定の性能、認証、およびコアの階層を対象としています。

車載用MCUは、商用または産業用デバイスをはるかに上回る要件を満たす必要があります。必須チェックリスト:

  • AEC-Q100認定: 信頼性試験は、-40 °C～150 °Cの温度サイクル、湿度、およびESDを対象としています。
  • ISO 26262機能安全: 最も要求の厳しいシステム (パワートレイン、ADAS、EVモーター制御) ではASIL-Dまで対応します。
  • 15年の寿命信頼性: 10年という産業標準をはるかに上回ります。
  • 決定論的なリアルタイム実行: 安全性が重要な制御ループにおける厳格な期限は、いかなる場合も遵守されなければなりません。

インフィニオンのAURIX™ TC4xマイクロコントローラーは、最大6つのTriCore™ CPUコアとASIL-D準拠のためのハードウェア ロックステップにより、これらすべての要件を満たします。

マイクロコントローラーの主な分類軸

インフィニオンのマイクロコントローラー製品ポートフォリオ

インフィニオンのMCU製品ポートフォリオは、車載/機能安全と産業/民生の2つの領域にまたがっています。各製品ファミリーは、シンプルな8/16ビット センサー ノードからASIL-D対応のマルチコア車載プロセッサまで、特定の性能、安全性、およびコアの階層に合わせて設計されています。

車載/機能安全

安全認証が必要な産業用アプリケーションで、AURIX™とXMC™のどちらを選ぶべきか迷っていますか？AURIX™とXMC™のマイクロコントローラー比較では、アーキテクチャのトレードオフ、安全認証の取得パス、アプリケーション適合性を並べて解説しています。

 

ASIL-D認証のAURIX™マルチコアMCUから、TRAVEO™ T2GのボディおよびクラスターSoC、XMC™産業用モーター コントローラー、PSOC™プログラマブルIoTおよびAI/MLデバイス、MOTIX™モーター制御SoCまで、インフィニオンのマイクロコントローラー製品ポートフォリオはあらゆるアプリケーション分野、安全等級、性能クラスをカバーしています。

インフィニオンのMCUファミリーの詳細