Loading article…
シングルボードコンピュータ（SBC）とは、マイクロプロセッサ、メモリ、入出力（I/O）などの機能を備えた、単一の回路基板上に構築された完全なコンピュータです。シングルボードコンピュータは、デモンストレーションや開発システム、教育システム、または組み込みコンピュータコントローラとして一般的に使用されています。多くの家庭用コンピュータやポータブルコンピュータは、すべての機能を単一のプリント基板上に統合しています。
デスクトップパソコンとは異なり、シングルボードコンピュータは周辺機能や拡張のために拡張スロットを必要としないことが多い。シングルボードコンピュータは、幅広い種類のマイクロプロセッサを使用して構築されている。コンピュータ愛好家が製作するようなシンプルな設計では、スタティックRAMとARMなどの低価格な32ビットまたは64ビットプロセッサがよく使用される。ブレードサーバーなどの他のタイプは、サーバーコンピュータと同様の性能を発揮するが、よりコンパクトな形状となっている。
コンピュータオンモジュールは、システム拡張のためにキャリアボード、ベースボード、またはバックプレーンに接続するように設計されたシングルボードコンピュータの一種です。[ 2 ] [ 3 ]
最初のシングルボードコンピュータは、最初のマイクロプロセッサが市場に登場した直後に登場しました。1971年と1972年に、インテルはそれぞれSIM4-01とSIM8-01開発ボードを発表しました。SIM8-01ボードはIntel 8008 [ 4 ]をベースにしており、CPU、RAM、ROM、およびTTY端末インターフェースを備えています。
同じインターフェースは、1974年12月に発売されたIntel 8080ベースのMYCRO-1 [ 5 ] 、および1975年に発売されたIntel SDK-80とMotorola MEK6800D1にも共通していた。より安価で、その後より普及したシングルボードコンピュータであるMOS 6502ベースのKIM-1は、1975年後半に発表され、1976年に発売された。
初期のシングルボードコンピュータは、 Acorn Electron、BBC Micro、Ferguson Big Board、Ampro Little Board [ 6 ]、Nascomなど、家庭用コンピュータの初期の歴史において重要な役割を果たしました。KIM -1のような他の典型的な初期のシングルボードコンピュータは、多くの場合、筐体なしで出荷され、所有者が追加する必要がありました。1980年代の家庭用コンピュータの多くはシングルボードコンピュータであり、中には、アップグレードされたコンポーネントをボード上のあらかじめマークされたポイントに直接はんだ付けすることを所有者に推奨するものもありました。
1990年代には、 PCIバスの標準化とIBMの周辺機器規格の採用により、マザーボード、互換部品、周辺機器が安価で普及したため、PCがより広く普及しました。CD -ROMやSound Blasterカードなどのマルチメディアプラットフォームの開発も急速に進み、ユーザーがパーソナルコンピュータを買い替える必要性のペースを上回り始めました。これらの2つの傾向により、シングルボードコンピュータは衰退し、マザーボードの普及が促進されました。マザーボードには通常CPUやその他のコアコンポーネントが搭載され、ハードディスクドライブコントローラやグラフィックプロセッサなどの周辺コンポーネント、さらにはRAMモジュールなどの一部のコアコンポーネントはドーターボードに配置されました。
2000年代に入ると、コンピュータは再び基板数の少ない方向へと回帰し始めた。USBのような新しい規格の登場により、マザーボードがサポートすべき周辺機器規格の種類が減少する一方で、集積回路製造技術の進歩により、特にI/O機能など、多くのドーターボードの機能を1つのチップで実現できる新しいチップセットが登場した。10年代末までには、PCマザーボードはIDE、SATA、NVMe、RAIDといったディスクドライブ、統合GPU、イーサネット、そしてシリアルポートやパラレルポート、USB 、キーボード/マウスといった従来のI/Oなど、あらゆる機能をオンボードでサポートするようになった。
シングルボードコンピュータは、集積回路製造技術の進歩により、マザーボードのほとんどまたはすべてのコンポーネントを単一のダイ上に配置できるようになったため、2010 年代に急速に成長しました。オープンソースドライバを備えたカスタムBroadcom SoC を中心に構築されたRaspberry Pi は、当初は教育用に設計されましたが、 Linuxサポートやプログラム可能なGPIOピンなどの機能が含まれており、趣味の人がホームオートメーション、ビデオゲームのエミュレーション、ストリーミングなどのプロジェクトに使用しました。[ 7 ]業界では、スマートフォンやその他の小型デバイスの成長により、メーカーは SoC をより広く採用し、マザーボードを小型化しましたが、インターネット接続デバイスの普及により、小型で安価なコンポーネントの需要が増加しました。
2010年代末から2020年代にかけて、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、その他のスマートデバイスでは、SoCを中心としたシングルボードコンピュータが一般的に使用されるようになった。[ 8 ]
集積回路の密度を高めることで、シングルボードコンピュータが実現しました。シングルボード構成では、必要な回路基板の数を減らし、本来必要となるコネクタやバスドライバ回路をなくすことで、システム全体のコストを削減できます。すべての機能を1枚の基板に搭載することで、ノートパソコンのように、システム全体を小型化できます。コネクタは信頼性の問題を引き起こすことが多いため、シングルボードシステムではこれらの問題を解消できます。[ 9 ]
シングルボードコンピュータは現在、スロットなしとスロットサポートという2つの異なるアーキテクチャで一般的に定義されています。
組み込みSBCは、プラグインカード用の機能がなく、必要なすべてのI/Oを提供するユニットです。アプリケーションとしては、ゲーム（スロットマシン、ビデオポーカー）、キオスク端末、機械制御オートメーションなどが一般的です。組み込みSBCは、PCに搭載されているATXタイプのマザーボードよりもはるかに小型で、オンボードのデジタルおよびアナログI/O、オンボードのブート可能なフラッシュメモリ（ディスクドライブが不要）、ビデオ機能なしなど、産業用途に特化したI/O構成を提供します。
現在では、シングルボードコンピュータという用語は、シングルボードコンピュータがバックプレーンに接続され、I/Oカードを接続するアーキテクチャを指すのが一般的です。PC104の場合、バスは従来の意味でのバックプレーンではなく、I/Oボードを積み重ねるためのピンコネクタの集合体です。
シングルボードコンピュータは、プロセス制御のためにラックマウント形式で使用されるか、制御とインターフェースを提供するために他のデバイスに組み込まれるなど、産業分野で最も一般的に使用されています。深海探査ではALICE深海探査機で、宇宙ではアリアンロケット、ペガサスロケット、スペースシャトルで使用されています。[ 10 ]非常に高いレベルの統合、コンポーネント数の削減、コネクタ数の削減により、SBCは同等のマルチボードコンピュータよりも小型、軽量、電力効率が高く、信頼性が高いことがよくあります。[ 11 ]
ATXマザーボードがSBCに比べて優れている主な点はコストです。マザーボードは消費者向けおよびオフィス向けに数百万枚単位で製造されており、規模の経済性が非常に高いのが特徴です。一方、シングルボードコンピュータはニッチな市場であり、製造頻度も少なく、コストも高くなっています。現在ではマザーボードとSBCは同等の機能統合レベルを実現しており、どちらの規格のマザーボードでも故障した場合、同等の交換が必要となります。
シングルボードコンピュータのシリーズには、Raspberry Pi、BeagleBoard、LattePanda、Nano Pi、ODROID、Orange Pi、PINE64、Banana Piなどがあります。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
シングルボードコンピュータの一般的な種類の一つは、バックプレーンエンクロージャで使用することを目的とした標準化されたコンピュータフォームファクタを使用しています。これらのタイプには、CompactPCI、PXI、VMEbus、VXI、PICMGなどがあります。SBCは、Intelアーキテクチャ、マルチプロセッシングアーキテクチャ、 RISCやSPARCなどの低消費電力処理システムなど、さまざまな内部処理構造に基づいて構築されています。Intel PCの世界では、インテリジェンスとインターフェース/制御回路はプラグインボードに配置され、それがパッシブ（またはアクティブ）バックプレーンに挿入されます。結果は、バックプレーンによってスロット構成が決定される点を除けば、マザーボードを使用してシステムを構築するのと似ています。バックプレーンには、さまざまなスロット（ ISA、PCI、PCI-X、PCI-Expressなど）が混在しており、通常は合計20個以下であるため、19インチラックマウントエンクロージャ（幅17インチのシャーシ）に収まります。
一部のシングルボードコンピュータには、拡張ハードウェアを搭載した複数の回路基板を、従来のバックプレーンなしで積み重ねて組み立てることができるコネクタが備わっています。スタッキング型SBCのフォームファクタの例としては、PC/104、PC/104- Plus、PCI-104、EPIC、EBXなどがあり、これらのシステムは組み込み制御システムで広く利用されています。
スタック型SBCでは、SIMMやDIMMなどのプラグカードにメモリが搭載されていることが多い。また、ハードドライブ回路基板は、コンピュータがSBCであるかどうかを判断する際の要素には含まれない。その理由は2つある。1つ目は、HDDが単一のブロックストレージユニットとみなされるため、2つ目は、ほとんどのSBCはネットワーク接続から起動できるため、ハードドライブを全く必要としない場合があるためである。