NSITEXE 制御マイコンで実現するモデル予測制御ソリューションを開発

高負荷演算を並列プロセッサDR1000Cでアクセラレート

株式会社エヌエスアイテクス（本社︓東京都港区、代表者︓新見 幸秀、以下「NSITEXE」）は、組込みシステム向けの制御マイコン（以下「MCU」）で、モデル予測制御を実現するソリューション向けに、RISC-Vベースの並列プロセッサIPであるDR1000Cをアクセラレータとし、プラントモデルとメタヒューリスティックソルバを利用し最適制御を実現する技術を開発し、お客様に評価提供を開始する事を発表します。

　人とクルマをつなげるモビリティ社会、人と街をつなげるスマートシティ、産業界において現実世界をコンピュータ上で再現するCyber Physical Systemの実現において、高精度な制御を実現するモデル予測制御（Model Predictive Control 以下「MPC」 ）の実装ニーズが高まっています。

　MPCは、制御対象（プラント）の出力を予測し、予測された出力が制御目的をどの程度満たすかを評価関数Hで記述し、Hが最適となる操作量をリアルタイムで探索する制御手法になります。従来のMPCでは、評価関数Hの最適解を安定的に解くために、評価関数Hの制約がありました。NSITEXEでは、評価関数Hの最適解探索にメタヒューリスティックソルバを用いることにより、任意の評価関数を設計することが出来るため、MPCの適用範囲を大幅に広げることが可能です。本手法を自動運転の速度制御に適用した場合、速度目標値の変化を先読みした予備の加減速(図1の①)や、勾配抵抗をキャンセルするトラクション発生(図1の②)を最適に行うことにより、目標速度に対する二乗誤差の平均をPI制御に比べ17%まで低減しました。

図1 自動運転制御におけるPI制御とMPCの比較

　一方で自動車をはじめとする組込みシステムにおいては、消費電力、およびコスト制約が厳しく、MCU環境での限られた演算リソースではモデル予測制御を実現する高負荷な演算を実行することが困難であります。NSITEXEが販売するDR1000Cは、RISC-Vベースの並列ベクトルプロセッサIPで、最大16のハードウェア・スレッドがベクトルプロセッサを効率的に利用できるため、非常に高いパフォーマンスを実現でき、セーフティクリティカルな要件に対応するMCUで必要とされる高負荷の演算処理をオフロードするのに最適です。 本手法はDR1000Cが備えるマルチスレッド機構、およびベクトル命令に最適化されており(図2)、シングルスレッド、スカラ命令と比較して、性能4.4倍となり、高度な制御を高速に実行することが可能です。

図2 DR1000CによるMPCのアクセラレーション

　DR1000Cは、RISC-V Vector Extensionを実装したプロセッサとして世界初*となる自動車向け機能安全規格ISO 26262の安全要求レベルに対応し、SGS-TÜV社のASIL D Ready認証を取得しています。DR1000Cを搭載することで、モデル予測制御の先進的な制御アルゴリズムに対応し、クリーンエネルギー対応のため強化される将来の法規制にも対応することが可能となります。

　なお、本ソリューションの詳細は2022年 1月19日（水）～21（金）に東京ビッグサイトで開催されるAutomotive World 2022のザイリンクス株式会社のブース（小間番号︓45-54）にてデモ展示を行います。
https://www.automotiveworld.jp/ 

　また、本ソリューションの技術詳細は2022年1月25日(火)～27日(木)に開催される27th International Symposium on Artificial Life and Robotics(AROB 2022)にて発表します。
https://isarob.org/symposium/ 
 
　株式会社エヌエスアイテクス CTO 杉本 英樹
　NSITEXEは、車載を含む組込システムのソフトウェア・ファースト化等の将来動向を踏まえ、柔軟（汎用）性・効率・機能安全を3本の柱に開発を進めてきました。本ソリューションは、弊社が開発した新方式の並列プロセッサを有効活用するアプリケーションの一例として、アルゴリズムおよび対応するソフトウェアも含めたトータルソリューションとして提供します。これより、世界中の組込みシステムを企画・開発するお客様に高精度、高効率な制御環境を提供し、クリーンエネルギーをはじめとする持続可能な世界を創る開発基盤を提供致します。

　NSITEXEは、革新的プロセッサ技術を基盤に、スマートモビリティやMaaS、モビリティ業界のDXなど、人々の生活を豊かにする世の中の革新に貢献していきたいと考えています。

　NSITEXEについて
　NSITEXEは、2017年に株式会社デンソーからスピンオフして設立した先進的なプロセッサを開発するIPベンダです。機能安全に対応したRISC-VベースのプロセッサIPを開発しています。高効率、高品質な半導体IPにより、幅広いアプリケーションに対応し、次世代の半導体技術の進化に貢献します。

■本リリースに関するお問い合わせ先
株式会社エヌエスアイテクス
URL: https://www.nsitexe.com/ 
E-mail: [e-mail] 

以上
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* 2021年6月30日時点での自社調査結果
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