2025年5月13日、芯原股份（VeriSilicon）主催の「エンボディドAIロボット」をテーマとした「第 15 回松山湖中国 IC イノベーションフォーラム」が東莞松山湖で開催された。同フォーラムで、珠海極海半導体有限公司（Geehy Semiconductor Co., Ltd.）リアルタイム制御製品ライン上級マネージャー盧鵬升（ル・ペンシェン）氏は、エンボディドAIロボット向け高性能・高安全性リアルタイム制御MCU/DSP「G32R501」を発表した。
ロボットが従来の産業分野から医療、農業などより幅広い分野へと発展するに伴い、ロボット制御システム全体にはより高い課題が課されている。盧氏によると、この中で最も重要なのは「高瞬発力」「高ダイナミック性」「高精度」「高セキュリティ」の 4 つの課題を解決する必要があるという。具体的には以下の通りだ。
①高瞬発力：複雑な制御戦略やアルゴリズムを実行し、瞬間的な高出力に対応できる必要がある。
②高ダイナミック性：制御システム全体が迅速に動作や姿勢を調整し、急激に変化するシーンや制御タスクに応えられる必要がある。
③高精度：ロボットが高精度の感知と制御をサポートし、微小な誤差で精細なタスクを完了できることが求められる。
④高セキュリティ：故障診断と安全保護メカニズムをサポートし、複雑な環境下での安全と安定運用を確保する必要がある。
こうしたロボット制御システムの新たなニーズに応えて、極海半導体社は Arm Cortex-M52 デュアルコアベースのリアルタイム制御 MCU「G32R501」を初発表した。盧氏によると、まずロボットには高性能な「脳」が必要だから、このチップには 2 つの「大脳」と 2 つの「小脳」が搭載されている。次に、ロボットが高精度な感知を行うには、MCU も高精度な感知機能を備えなければならず、高精度 ADC だけでなく、高精度 DAC も搭載されている。同時に、制御部分、出力部分、セキュリティ部分に特化した設計が施されている。
詳細を見ると、この MCU は 40nm eFlash 先端プロセスを採用し、コアの計算処理能力では、250MHz の動作周波数を持つ Cortex-M52 デュアルコアアーキテクチャを備え、Arm Helium™技術をサポート。カスタムデータパス CDE インターフェースにより、極海半導体社が独自開発の「紫電数学命令拡張ユニット」を拡張可能で、数学計算時間を大幅に短縮し、CPU アクセス遅延を低減することで、システム全体のリアルタイム性とインテリジェンスを向上させている。リアルタイム性能とエッジ AI 性能では、単コア性能が競合製品比べ 2～2.5 倍向上している。
敏感な信号収集能力も G32R501 の大きな特徴の一つで、3.45Msps 12 ビット ADC、高分解能キャプチャ CAP、強化型 QEP などの先進モジュールを搭載し、高精度な信号感知と収集を実現し、ロボットが環境信号を素早く正確に捉えるニーズを満たしている。
制御出力面では、G32R501 は高性能な感知・制御周辺機器と柔軟な周辺機器連携システムを豊富に統合しており、150ps 分解能の高精度 PWM、フレキシブルプログラマブルロジックユニット、高精度 DAC 付き比較器などを備え、アクチュエータの動作と姿勢を正確に制御し、複雑な環境下でのロボットの安定運用を確保している。
セキュリティ面では、G32R501 はコードセキュリティ保護、クロック喪失検出回路など多重のセキュリティ強化機能をサポートし、IEC 61508 SIL2 のハードウェア基準を満たしており、ソフトウェア診断と STL ライブラリを組み合わせることで、システムレベルの機能セキュリティは CL3 レベルまで達成できる。また、このチップは車載用工業プラットフォームをベースに開発されており、AEC-Q100 Grade1 認証を取得し、動作温度範囲は - 40℃～125℃をサポートし、中高端応用市場が求める高性能・高集積・高セキュリティ・高信頼性などのチップ性能を効率的に満たすことができる。
盧氏は、リアルタイム MCU の性能を評価する際、CPU のコアアーキテクチャや周波数、ADC などのデータだけでなく、サンプリングからアルゴリズム実行、制御までのフルチェーンのリアルタイム性能を測る必要があると述べた。具体的には、サンプリングから制御完了までに必要なサイクル数を総合的に評価することだ。
極海半導体社が公開した G32R501 のクローズドループ性能実測データ（TI C2000 基準及びテストコードに基づく）によると、TI C2000 と同等の動作性能を実現している。また、Cortex-M52 の周波数が一般的な MCU のコア周波数よりも高いため、加速性能もより優れているという。
顧客がより効率的にソリューション開発を行えるように、極海半導体社は準量産レベルのリファレンスデザインとして、バス型の高電圧サーボコントローラを提供している。さらに、六軸マニピュレータに対応した実験環境も整えている。顧客が従来のソリューションから G32R501 を適用した性能テストでは、慣性比が 90% 向上し、3000rpm の高速回転時の回転速度のぶれも従来の方案よりも改善された。システムの限界周波数は 1.3 倍向上し、サーボ制御の計算時間は従来の 40 マイクロ秒から 17 マイクロ秒に短縮された。精度と性能の両面で従来の方案よりも大幅な向上が確認された。また、高速電流ループの性能では、単コアで 0.76 マイクロ秒の電流ループ処理が可能で、TI C2000 シリーズよりも優れている。
極海半導体社は 2018 年から多くの産業分野のトップ企業と協力を続けており、現在までに、同社の製品はロボット制御ユニットに幅広く応用されており、リアルタイム制御 DSP 付き MCU シリーズ、モータ専用 SoC などが含まれる。エンコーダ分野では、産業用エンコーダ市場でのシェアが非常に高く、現在もエンコーダのデコードチップを展開している。視覚感知システムに関しては、超音波レーダチップを保有しており、車載での量産はもちろん、ロボット分野のトップ企業とも協力関係を築いている。
顧客サポートを強化するため、極海半導体社は高性能なチップ製品だけでなく、「チップ + アルゴリズム + リファレンスデザイン」のワンストップ型モータシステムソリューションを提供している。BLDC、PMSM、ステッピングモータなどさまざまなモータタイプと応用シーンに合わせて、豊富な制御方式とアルゴリズムをサポートし、ロボットのマニピュレータ、ロボットジョイント、工業用マニピュレータなどの細分化された分野での多様なニーズを満たしている。
最後に、盧氏は極海半導体社が近日発表予定の 2 つの新製品を明らかにした。1 つは産業用高性能 MCU「APM32F427」で、計算処理性能とリアルタイム制御性能が中国国内・国際的にリーディングカンパニーの水準に達する見通しだ。もう 1 つは中国国内初のエンコーダデコード専用 MCU「G32R430」で、非常に高精度な ADC を搭載している。
極海半導体社について
極海半導体は納思達（Ninestar）グループの子会社で、2004 年に設立され、最初は親会社向けの暗号 ASIC 開発を主な業務とし、2012 年に中国国内初のプリンタ専用多核暗号 SoC チップを発表した。その後、事業を MCU 分野へ拡大し、産業用、自動車用などの市場に参入した。現在、極海半導体社には 6 大チップ開発センターと複数の研究開発協力基地があり、開発チームは 600 人を超える。2024 年 12 月までに、累計知的財産権申請数は 1500 件を超え、許可を受けた件数は 1200 件を超えている。