コンガテックのウェブサイトでは、コンピューター・オン・モジュール（COM）の概要を解説したホワイトペーパー「 Computer-on-Modules - the Compendium（英語版） 」を公開しておりダウンロードが可能です。
こちらのページでは、その日本語訳を順次公開していきます。コンピューター・オン・モジュール（COM）の選定や、組込みシステム開発のヒントとしてお役立てください。

コンピューター・オン・モジュール（COM）の概要
（日本語訳：2025年12月25日 更新）

コンピューター・オン・モジュール（COM）について知るべきすべてのこと

コンピューター・オン・モジュール（COM）は、その柔軟性と汎用性により、幅広いアプリケーションにおける組込みコンピューティング ソリューションに最適です。 COMは、ロボティクスや産業オートメーションから医療技術、エッジコンピューティング、スマートモビリティ、POS/POIまで、あらゆる分野で活用されています。 しかし、COMとは一体何でしょうか？ なぜアプリケーションレディのスーパーコンポーネントと呼べるのでしょうか？ そして、あなたのプロジェクトに最適なCOM規格はどれでしょうか？ COMに関する包括的な解説書で、その答えを見つけてください。

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［目次］

#01: コンピューター・オン・モジュール － 概要

市販品のスーパーコンポーネント

オープンなコンピューター・オン・モジュール規格の進化

#02: COMの利点一覧

#03: COM の利用 － 購入して構築する

#04: COM － 最高の選択

#05: キャリアボードによるカスタマイズの簡素化

インターフェースが少ないほどメリットが増える

関連する作業の複雑さを軽減

キャリア デザインガイド

トレーニングとサポート

コンピューター・オン・モジュール（COM）導入のためのチェックリスト

設置済み機器のための労力を削減

COM規格 － すべてのCOMが同じように作られているわけではない

... つづく

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#01: コンピューター・オン・モジュール － 概要

コンピューターモジュールには様々な種類があり、システム・オン・モジュール（SoM）、あるいはコンピューター・オン・モジュール（COM）などと呼ばれています。 後者の方が一般的で、より正確な名称であるため、本稿ではコンピューター・オン・モジュール（COM）と呼びます。 しかし、一般的にはどちらも同じ意味で、組込みコンピューターの中核となる構成要素を搭載した回路基板のことです。

市販品のスーパーコンポーネント

コンピューター・オン・モジュールの利点は、アプリケーションレディのスーパーコンポーネントとして市販品をすぐに入手することができることです。 機能検証済みの単一のパッケージに、組込みコンピューターの主要な構成要素とインターフェースがすべて組み込まれており、その中には以下のものが含まれます：

・ 演算処理装置（CPU）、場合によっては内蔵のグラフィックスや AIアクセラレーター

・ RAM、メモリーモジュールまたは堅牢バージョンでは直付けメモリー

・ グラフィックス、イーサネット、USB、GPIOなど

・ リアルタイム イーサネット、CAN bus、MIPI CSI、Thunderbolt などの追加インターフェース用コントローラー（一部のSKUのみ）

・ OSおよびデータストレージ用の不揮発性メモリー（一部のSKUのみ）

機器メーカーはコンピューター・オン・モジュールと共に、必要なすべてのドライバーやソフトウェアツールなどを含むボード・サポート・パッケージを購入することができます。 また、多くの場合、カスタマイズされた冷却ソリューションや評価用キャリアボードなどのオプション アクセサリーも用意されています。

設計者は独自の COM か、オープン スタンダードに準拠した COMモジュールのどちらかを選択することができます。 モジュール式アプローチと独自のアドバンテージを最大限に活用するために、オープン スタンダードに基づく COM を活用することを強くお勧めします。

オープンなコンピューター・オン・モジュール規格の進化

コンピューター・オン・モジュール（COM）におけるムーアの法則
特定のコンピューター・オン・モジュール（COM）フォームファクターに実装されるトランジスターの数は、約2年ごとに2倍になる。

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#02: COMの利点一覧

市場投入までの期間短縮

COMは、アプリケーション固有の設計作業を、基盤となる組込みコンピューティング技術から分離することで、時間を節約します。 設計者はコンピューティング機能を COM に任せて、完全にコアコンピテンシーに集中することができます。

開発コストの削減

COMは、開発やアップグレードにかかる NREコストを削減することで、フルカスタム設計に比べてコストを削減します。 標準化された COM を使用することで、開発者は複雑な設計に時間を費やす必要がなくなります。

アジリティの向上

COMは非常にスケーラブルで、低消費電力からハイパフォーマンスまで、Armテクノロジーからx86までと、あらゆるパフォーマンス要件を満たします。 シンプルなモジュール交換で、急速な技術進化に対する課題を克服し、パフォーマンスの向上や AIなどの新たな可能性に対応します。

ROIとサステナビリティの最大化

COMはアプリケーションの運用期間を延長します。 モジュールを交換するだけで既存のシステムを簡単にアップグレードでき、新たなニーズや予期せぬニーズにも対応することができます。 すでに数年間運用されているシステムでもアップグレードが可能で、ハードウェアの寿命を延ばします。

高い投資保護

COMは、新しいテクノロジーや異なるプロバイダーへのシームレスな移行を可能にし、アプリケーションをテクノロジーの変化や陳腐化、そしてテクノロジー プロバイダーに影響されないようにします。 これにより、互換性が保証されソフトウェアへの投資が保護されます。

設計リスクの軽減

COMはリスクを最小限に抑えます。 設計段階や製品ライフサイクルの途中での基本仕様変更に対しても容易に対応することができます。 次世代のモジュールを実装するだけで、継続して使用することができます。 1つの基本設計に、異なる COM を使用することで、簡単に製品ファミリー全体を設計することができます。

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#03: COM の利用 － 購入して構築する

新しいアプリケーションを開発する際の、組込みコンピューティング テクノロジーに関する基本的な質問の 1つは、「作るか、買うか」です。

「作る」場合のメリットとデメリット

フルカスタム設計して「作った」場合、高度に最適化されたソリューションを実現することができます。 形状と機能は、アプリケーションの要件を的確に満たすようにカスタマイズすることができ、コストも最適化できます。 しかし、フルカスタム設計には、開発リソースや開発費用、そして時間への多額の先行投資が必要です。 さらに、将来的なアップグレード（例えば、より高性能でエネルギー効率の高いプロセッサーへのアップグレード）には、既存のソリューションを完全に再設計しなければならないことも少なくありません。 しかし多くの場合、最大の懸案は、複雑なPCのコア コンポーネントを設計するための専門知識やリソースが不足していることです。

「買う」場合のメリットとデメリット

フルカスタムの対極にあるのは、市販のマザーボードです。 通常、最速でアプリケーションを開発する方法は、市販のマザーボードを購入することです。 その場合、完全に検証された信頼性の高い製品を購入することになるので、設計に対する高いセキュリティも確保されます。 しかし、このアプローチにはいくつかの欠点があります。 設計者が実際に必要な機能以上のことに費用がかかることがあります。 ボードが利用可能なボックススペースに収まらなかったり、コンフィグレーションによって、あるいはボードの配置によって必要な数のインターフェースを利用できなかったりする場合があります。 ボード上でPCIe拡張カードを使用すると、機械的ストレスや熱ストレスに対する必要な耐性が得られない場合もあります。 また、標準ボードでは、プロセッサーのオプションが利用できないため、必要なスケーラビリティを提供できない場合もあります。

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#04: COM － 最高の選択

コンピューター・オン・モジュールは、これら 2つの設計方法の中間で、設計者にとって最良の方法を提供します。 COM は、アプリケーション固有の設計作業を、基盤となる非常に複雑な組込みコンピューティング テクノロジーから切り離します。

フルカスタム設計とは異なり、エンジニアは複雑なプロセッサーやRAM、高速インターフェースをインテグレーションしたり、関連するドライバーやライブラリ、APIをすべて含んだボード・サポート・パッケージを自ら構築したりする必要はありません。 これらのコンポーネントはすべて、それぞれのモジュールベンダーからすぐに入手することができます。 これにより、エンジニアはコアコンピテンシーである専用アプリケーションの最適化に完全に集中することができます。

研究開発部門に加え、購買部門も COM の恩恵を受けます。 部品表（BOM）が多数のコンポーネントから、単一モジュールのプロセッサーコアだけに削減されるからです。 これは確かにコンピューター・オン・モジュールによる効率向上の一部ではありますが、それでも重要な部分です。

非常に高いスケーラビリティ

コンピューター・オン・モジュールは、処理能力のアップグレードにおいて驚異的なスケーラビリティを提供します。 フルカスタム設計の場合、プロセッサーを変更するためには、ピン互換のプロセッサーを使用する必要があります。 しかし、多くの場合、後継プロセッサーはピン互換ではありません。 カスタマイズされたボードを使用している場合、設計者は基板を再設計する必要があります。 しかしコンピューター・オン・モジュールを使用することで、プロセッサー世代の変更やベンダーの切り替えがはるかに容易におこなえ、それはいつでも可能です。 モジュールを交換するだけで、新しい世代の製品を導入することができます。 もう一つの利点は、アプリケーションの長期的な可用性です。 数年にわたる組込みプロセッサーの製品ライフサイクルが終了した後も、後継プロセッサーを搭載したモジュールが用意されており、シームレスなレトロフィットが可能です。

オープンスタンダードは必須

高いスケーラビリティは標準化によってのみ確保することができます。 コンピューター・オン・モジュールは、オープンスタンダードを活用することでこれを実現します。 オープンスタンダードは、モジュールのフットプリントやコネクタの種類と数、キャリアボードにルーティングされる信号、最大消費電力といった仕様を定義します。

COMにおけるオープンスタンダードのメリットは計り知れません。 標準化は、将来にわたって同じインターフェースを持つモジュールの可用性を保証するため、設計の安全性を最大限に高めます。 また、設計者はセカンドソース戦略によって、単一のベンダーに依存する必要がなくなります。 これにより、サプライチェーンが混乱した場合でも他のベンダーにより補完できるため、設計の安全性と可用性の両方が向上します。

PICMG	SGET
COM Express COM-HPC	SMARC Qseven

標準化によって、ヒートスプレッダーやキャリアボードからケーブルセット、ハウジングに至るまで、市販のアクセサリーの幅広いエコシステムが利用可能になります。 これにより、サードパーティからの部品購入が容易になり、NREコストを最小限に抑えることができます。 さらに、フォームファクター開発に携わる多くの設計者コミュニティが、継続的な規格の改善を保証します。 ベンダーに依存しないコンピューターモジュールの最も重要な標準規格は、PCI Industrial Computer Manufacturers Group（PICMG）のCOM-HPCとCOM Express、およびStandardization Group for Embedded Technologies e. V.（SGET）のSMARCとQsevenです。

標準化された冷却

これらの規格は、モジュールの定義だけにとどまりません。 モジュールとシステムの冷却ソリューション間の熱インターフェースとして機能する、ヒートスプレッダーも対象としています。 すべての発熱部品は、このヒートスプレッダーに熱を伝導することで、ホットスポットの発生を回避します。 さらに、規格では適合性を確保するために、全体の高さも定義しています。 ヒートスプレッダーは、モジュール上のCPUや部品の高さのばらつきを均一化します。 その結果、ケージ上部からヒートスプレッダー上部までの全体の高さは、特定の規格内で常に一定になります。 これにより、パッシブ放熱のためにシステムハウジングに直接取り付けられた場合でも、モジュールの互換性が確保されます。

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#05: キャリアボードによるカスタマイズの簡素化

前述のとおり、コンピューター・オン・モジュール（COM）は標準規格に準拠することで最大の強みを発揮します。 しかし、COMを使った設計ではどのようにカスタマイズするのでしょうか？ また、市販のマザーボードやシングル・ボード・コンピューター（SBC）と比べて何が違うのでしょうか？

COMを利用する場合、キャリアボード上でカスタマイズをおこないます。 キャリアボードのカスタム設計は、フルカスタムボードの設計よりもはるかに容易でありながら、同等のメリットが得られます。 標準的なマザーボードと比較して、キャリアボードはフットプリントとインターフェースの柔軟性に優れています。 フットプリントは、四角形や円形、あるいは完全に非対称にすることもできます。 これにより、PCBをシステムに合わせてカスタマイズするための最適な条件が整い、冷却の最適化、より堅牢な取り付け、I/Oを必要な場所に正確に配置するなど、多くのメリットが得られます。

これにより、内部の複雑なケーブル配線が不要になり、信頼性とシステム設計を改善します。 また、アプリケーション固有のペリフェラル用コントローラーもキャリア上に容易に実装できます。 従来の拡張ボードは機械的ストレスを受けやすいため、システムの信頼性を低下させ、BOMとコストを増加させる可能性がありましたが、キャリアボードを使うことによりこの問題を解消することができます。 このように、エンジニアはカスタマイズに集中することができ、設計プロセスを簡素化し加速することができます。

インターフェースが少ないほどメリットが増える

従来のシングル・ボード・コンピューター（SBC）やマザーボードとは異なり、COM と一緒に使うキャリアボードはアプリケーションに必要なものだけをインテグレーションします。 これにより、不要なコンポーネントが含まれなくなり、コスト削減につながります。 また、インターフェースは侵入やハッキングの脅威となるため、不要なインターフェースを無くすことでセキュリティ強化にも役立ちます。 例えば、アプリケーションでは外部USBポートが不要でも、マザーボードには標準装備されています。 これらのポートはデータ盗難やマルウェアの侵入口となりかねません。

関連する作業の複雑さを軽減

COMを利用した場合、フルカスタム設計と比較してエンジニアリングと設計の労力が削減されるだけでなく、その他の関連する作業も容易になります：

・ 評価と検証が必要なコンポーネントは、モジュールおよび評価用キャリアボードに含まれていないものに限定されます。 その他のコンポーネントはすべて、ボードベンダーによってあらかじめ検証されています。

・ 機器メーカーは、コンピューター・オン・モジュールの既存のドキュメントを活用することができ、評価用キャリアボードのドキュメントを多少変更するだけで、独自のキャリアボードのドキュメントを作成することができます。 つまり、このシステム コンポーネントのドキュメント作成作業の少なくとも 60%はすでに完了しているため、エンジニアはこの煩わしい作業から解放されます。

・ 必要な試験と認証は、アプリケーション固有のコンポーネントに限定されるため、システム全体の認証が簡素化されます。

キャリア デザインガイド

PICMGとSGETの両標準化団体は、機器メーカーがアプリケーション固有のキャリアボードを設計するために必要なベストプラクティスを、キャリアボード開発のための検証済みデザインガイドとして提供しています。 これらのキャリアボード デザインガイドは、組込みコンピューティング エンジニアにとって重要な基礎となる教材であり、その普及によって先進的な標準化が実現しており、ほとんどのカスタム キャリアボードは、これらのガイドに記載されているベストプラクティスに沿って設計されています。 多くのベンダーが評価用キャリアボードの設計資料を適切なファイルでカスタマーに提供しているため、エンジニアは既存のキャリアボード レイアウトを再利用することで、大幅な効率向上を実現することができます。 組込みシステムおよびエッジシステムのエンジニアは、ますます短い設計サイクルに対応しなければならないため、これらのキャリアボード デザインガイドは、高品質な設計をより早く市場に投入するのに非常に役立ちます。

COM-HPC および COM Express のキャリア デザインガイドは、以下の PICMG ウェブサイトでご覧いただけます。

https://www.picmg.org/resources/design-guides/

SMARCモジュールのキャリア デザインガイドは、以下の SGET ウェブサイトでご覧いただけます。

https://sget.org/standards/smarc/

トレーニングとサポート

コンピューター・オン・モジュール（COM）ベンダーは、自社モジュールのために最高のサービスとサポートを提供するよう努めており、カスタマーはオンライン チュートリアルやキャリアボード設計トレーニングからインテグレーション サービスまで、幅広いサービスを利用することができます。 コンガテックは、組込みコンピューティング テクノロジーの活用をさらに簡素化するために、OEMメーカー向けのパーソナルサービスを導入して、プレミアムなサポートを提供しています。 世界中のOEMカスタマーは、一つ窓口で設計に関するあらゆる質問の回答を得ることができます。 事務的なホットラインで待たされたり、担当者が頻繁に変わる状況で話したりする必要はありません。 コンガテックのOEMカスタマー向けプレミアムサービスは、エンジニアにとってシンプルで分かりやすく快適で、組込みコンピューティング市場ではユニークなサービスであり、追加費用なしで世界中で利用可能です。 標準マザーボードのベンダーはこのようなサービスを提供しているでしょうか？ いいえ！ では、フルカスタム設計の開発者は、設計上の課題に対する質の高いサポートを得るために誰に連絡すればよいのでしょうか？ クラス最高のサービスとサポートを提供するのは、おそらくコンピューター・オン・モジュール（COM）ベンダーでしょう。

コンピューター・オン・モジュール（COM）導入のためのチェックリスト コンピューター・オン・モジュール（COM）は、アプリケーションが以下の要件のうち1つでも必要な場合に適しています。 □ アプリケーション固有のI/O □ カスタムの形状とサイズ □ 高いスケーラビリティ □ 長期間の供給性 □ アップグレードの容易性 □ 高い設計セキュリティ □ 迅速な市場投入 □ 開発コストの最適化 □ 高い設計アジリティ □ 既存設計の高い再利用性 以下のいずれかの課題に直面した場合は、COM ベンダーに相談する必要があります。 □ 標準モジュール、あるいはプロセッサーに依存しない COM-HPC 規格でも提供されていないプロセッシング ユニットが必要な場合 □ COM で規定されている高さよりも低いことが要求される場合 □ 大量に生産する場合 しかし、そのような場合でも COM のアプローチは有用で、多くの場合ベンダーが支援してくれるでしょう。 例えば、プロジェクトベースで、必要なプロセッシング ユニットを搭載した専用モジュール ソリューションを設計するといったことが挙げられます。 これは、プロセッサーに依存しない COM-HPC規格によって実現することができます。 あとの2つの要求については、COM とキャリアを融合することで対応することができます。 この場合、経済的なスイートスポットを見つけるために、必要な COM とキャリアを組み合わせて一体化したシングルボード ソリューションにします。 スイートスポットを見つける 損益分岐点の計算は、研究開発費や将来のアップグレードの費用も考慮する必要があるため複雑です。 コンガテックはこれらの計算で OEMメーカーを支援できるだけでなく、フルカスタムのボードのための組込み設計や製造サービスも提供することができます。

設置済み機器のための労力を削減

機器のネット接続が増えるにつれ、組込みシステムは OS やアプリケーションの設定を固定したまま導入することはもはや不可能です。 フルカスタム設計の場合、システム内のすべてのコンポーネントのセキュリティ アップデート管理は機器メーカーの負担となります。 コンピューター・オン・モジュール（COM）を利用することで、機器メーカーはコンピューティングコアとその標準BIOS、ファームウェア、ドライバの定期的なアップデートを提供するモジュールベンダーという強力なパートナーを得ることができます。

COM規格 － すべてのCOMが同じではない

COM は統一された規格で、ほとんどあらゆる設計に採用できるものですが、ただひとつの万能な COM規格というものは存在しません。

現在、2つの世界的な標準化団体から、最先端の標準規格が4種類リリースされています：

1. PCI Industrial Computer Manufacturers Group（PICMG）が策定した、パフォーマンス重視の COM-HPC および COM Express 規格

2. Standardization Group for Embedded Technologies e. V.（SGET）が策定した、低消費電力に最適化された SMARCモジュールおよび Qseven 規格

COM-HPC、COM Express、SMARC モジュール、および Qseven 規格で定義されているすべての利用可能なフォーム ファクター

現在の規格

	COM-HPC	COM Express	SMARC	Qseven（注1）
低消費電力クラス	Yes	Yes	Yes	Yes
パフォーマンスクラス	Yes	Yes	－	－
サーバークラス	Yes	Yes	－	－
CPUサポート
x86	Yes	Yes	Yes	Yes
Arm	Yes	－	Yes	Yes
他（FPGA, GPGPU など）	Yes	－	－	－
スケーラビリティ
パフォーマンス	＋＋＋	＋＋	＋	－
フットプリント	＋＋＋	＋＋	＋	＋
I/O
レンジと数	＋＋＋	＋	＋＋	－
バンド幅	＋＋＋	＋	＋	－
注１）Qseven は現在も積極的にサポートされていますが、開発者は新しいスモール・フォームファクター（SFF）のアプリケーションを Qseven をベースに構築すべきではありません。 COM-HPC Mini と SMARCモジュールという、より多くのメリットを提供する非常に優れた2つの新しい規格があります。 したがって、本稿では Qseven についての詳細には触れません。

次章へつづく（次回更新にご期待ください！）

待てない方は

英語版（Computer-on-Modules - the Compendium）

をどうぞ！

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コンガテックについて

コンガテック（congatec）は、標準フォームファクターの COM-HPC、COM Express、Qseven、SMARC などの産業用コンピューターモジュール、およびシングル・ボード・コンピューター（SBC）の設計開発・製造・販売をおこなうドイツに本社を置くメーカーです。これらの製品は、堅牢で長期供給が可能で、産業オートメーション、医療、エンターテインメント、輸送、テレコミュニケーション、試験と計測、POS など、さまざまな産業分野で使用することができます。製品には独自の拡張BIOS機能と、包括的なドライバーやボード・サポート・パッケージ（BSP）が含まれています。ニーズに合わせて製品のカスタマイズなどもおこなっています。 詳細については、コンガテックのウェブサイト https://www.congatec.com/jp/ をご覧ください。

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