ユニプロ

UniPro (またはUnified Protocol ) は、モバイルおよびモバイル関連の電子機器の集積回路を相互接続するための高速インターフェース テクノロジです。UniPro プロトコルのさまざまなバージョンは、モバイルおよびモバイル関連のアプリケーションを対象とした仕様を定義する組織であるMIPI Alliance (Mobile Industry Processor Interface Alliance) 内で作成されています。

UniPro テクノロジーと関連する物理層は、高速データ通信 (ギガビット/秒)、低電力動作 (低スイング信号、スタンバイ モード)、低ピン数 (シリアル信号、多重化)、小さなシリコン領域 (小さなパケット サイズ)、データ信頼性 (差動信号、エラー回復)、堅牢性 (輻輳管理を含む実証済みのネットワーク コンセプト) を提供することを目指しています。

UniPro バージョン 1.6 は、モバイル エレクトロニクスのチップ間の高速ポイントツーポイント通信を実現することに重点を置いています。UniPro には、最大 128 個の UniPro デバイス (集積回路、モジュールなど) で構成されるネットワークをサポートするための機能があります。ネットワーク機能は、今後の UniPro リリースで計画されています。このようなネットワーク環境では、UniPro デバイスのペアがいわゆるリンクを介して相互接続され、データ パケットは UniPro スイッチによって宛先にルーティングされます。これらのスイッチは、ギガビット イーサネットに基づく有線 LAN で使用されるルーターに似ています。ただし、LAN とは異なり、UniPro テクノロジは、建物内のコンピューターを接続するのではなく、モバイル ターミナル内のチップを接続するように設計されています。

UniPro プロトコルの開発は、ノキア リサーチ センター^[1]とフィリップス リサーチ^[2]の 2 つの研究プロジェクトから生まれました。両チームはそれぞれ独立して、システム設計をネットワークで相互接続された明確に定義された機能モジュールに分割することで、モバイル システムの複雑さを軽減できるという結論に達しました。つまり、ネットワーク パラダイムによってモジュールに適切に構造化された階層化インターフェイスが提供され、モバイル システムのシステム アーキテクチャを改善してハードウェアとソフトウェアの設計をよりモジュール化する必要があるという前提が重要でした。言い換えれば、目標は、ますます複雑化するシステム統合による開発コスト、開発リスク、市場投入までの時間への影響の増大に対抗することでした。

2004 年、両社は共同でMIPIの UniPro ワーキング グループを設立しました。このような複数企業によるコラボレーションは、異なるコンポーネント ベンダーのコンポーネント間の相互運用性を実現し、新しいテクノロジーを推進するために必要な規模を実現するために不可欠であると考えられていました。

ワーキング グループと標準の両方の名前である UniPro は、単一のプロトコル スタックを使用して、さまざまなモジュールとさまざまなデータ トラフィックをサポートする必要性を反映しています。さまざまなアプリケーションをサポートする他の接続テクノロジ ( SPI、PCIe、USB ) も存在しますが、モバイル エレクトロニクスで使用されるチップ間インターフェイスは依然として多様であり、(この点ではより成熟している) コンピュータ業界とは大きく異なります。

2011年1月、UniProバージョン1.40 ^[3]が完成しました。その主な目的は、電源モードの変更とピアデバイスの構成のサポートを含む、新しい物理層M-PHYの完全なサポートです。2012年7月、UniPro v1.40は、より高速な新しいM-PHY v2.0をサポートするために、UniPro v1.41 ^{[4]にアップグレードされました。 [5]} UniPro v1.4x仕様は、正式な仕様モデル（SDL）とともにリリースされました。

^{UniPro仕様のバージョン1.6 [6]}の最終ドラフトは2013年8月に完成しました。謝辞には、Agilent、Cadence、IEEE-ISTO、Intel、nVidia、Nokia、Qualcomm、Samsung、STMicroelectronics、Synopsys、Texas Instruments、およびToshibaの12の企業および組織からの19人のエンジニアが記載されています。UniPro v1.6仕様は、UniPro v1.41.00仕様の更新版であり、UniPro仕様書のみで構成されており、SDLはサポートされなくなりました。UniPro v1.6仕様は、次の文書を参照しています。

• M-PHYバージョン3.0仕様^[7]
• デバイス記述子ブロック (DDB) の仕様、バージョン 1.0

現在までに、いくつかのベンダーが UniPro IP ブロックの提供を発表しており、さまざまなチップ サプライヤがさまざまな開発段階にある実装を作成しています。その間、MIPI UniPro ワーキング グループは適合テスト スイート^[8]を構築しており、このテクノロジの将来の拡張を準備しています (UniPro のバージョンとロードマップを参照)。

2018 年 1 月 30 日、JEDEC は、最大 2900 MB/秒 (レーンあたり 11.6 Gbit/秒、2 レーン、合計 23.2 Gbit/秒) のデータ レートを持つモバイル メモリ向けに MIPI M-PHY v4.1 (HS-Gear4 付き) と MIPI UniPro v1.8 を使用する UFS 3.0 規格を公開しました。

1. ギガビット/秒- 多数の帯域幅スケーリングオプションを備えたシリアルテクノロジー
2. 汎用- 幅広いアプリケーションやデータトラフィックタイプに使用可能
3. スケーラブル- 個別のリンクから最大 128 台の UniPro デバイスを備えたネットワークまで
4. 低消費電力- 小型のバッテリー駆動システムに最適化
5. 信頼性- データエラーが検出され、再送信により修正可能
6. ハードウェアフレンドリー- 必要に応じて完全にハードウェアで実装可能
7. ソフトウェアフレンドリー- 使い慣れたネットワーク技術と同様の概念
8. 帯域幅利用- 輻輳を管理し、調停を制御する機能を提供します
9. 共有可能- 異なるトラフィックタイプとUniProデバイスはピンとワイヤを共有できます
10. テスト可能- バージョン 1.1 以降、UniPro では自動適合テストを容易にする機能が必須となっています。

UniPro は、その基礎となる PHY 層に関連付けられており、ネットワーク用のOSI 参照モデルの層 L1 から L4 をカバーする階層化プロトコル スタックです。UniPro は、L1 と L2 の間に、OSI の層 L1 のサブ層と見なすことができる 追加の層L1.5 を導入します。

UniPro は厳密な階層化により、幅広い用途に使用できます。

• UFS: ^[9] ユニバーサルフラッシュストレージ。JEDECが規定する次世代大容量ストレージデバイスで、第1世代では最大300MB/秒のデータスループットをサポートし、ランダム読み取り/書き込み速度を上げるコマンドキューイング機能もサポートしています。
• CSI-3: 第 3 世代 MIPI カメラ シリアル インターフェイスは、スケーラブルな高帯域幅インターフェイス、保証されたデータ転送、および基本的なコンポーネントの初期化と構成のためのコマンド セットを備えています。
• GBT: MIPI ギガビット トレース。UniPort-M や USB3.0 などの高速インターフェイスを介してトレース データを転送するための、ネットワークに依存しないプロトコル。
• DSI-2: 第 2 世代 MIPIディスプレイ シリアル インターフェイス。
• PIE: ^[10]プロセッサエミュレーションインターフェース。このアプリケーションプロトコルは、プロセッサバスで見られるような従来のメモリベースの読み取り/書き込みトランザクションを伝達します。データストリーミングアプリケーション（マルチメディアトラフィックなど）、コマンド/応答型プロトコル（制御用など）、および他のドメインの一般的なプロトコル（TCP/IPなど）のトンネリングもサポートされており、抽象化レベルが高いためシステムレベルのモジュール性と相互運用性が向上する傾向があるため、特に推奨されています。
• UniPort-M（UniPro with M-PHY）：グラフィックアクセラレータ、GoogleのARAプロジェクトなどのモジュールなどの周辺機器を接続するための汎用拡張インターフェースを可能にします。
• UniPort-D (UniPro with D-PHY): D-PHY による汎用拡張を可能にします。ただし、D-PHY は UniPro 仕様 v1.41 以降では UniPro の物理層としてサポートされていないことに注意してください。

UniPro の階層化アーキテクチャにより、単一のネットワーク内でも複数の物理層(L1、PHY) テクノロジをサポートできます。これは、幅広い下位層テクノロジで実行できるTCP/IPに似ています。UniPro の場合、オフチップ使用のために 2 つの PHY テクノロジがサポートされています。

これらのPHY技術は、別のMIPI仕様^{[11] [12]でカバーされています（UniPro仕様で参照されています。UniPort}という用語は、チップ上の実際のポートを表すために使用され、その上位層（L1.5〜4）はUniPro仕様に準拠し、L1はMIPI PHY仕様に準拠しています。2つのPHY技術があるため、これらはそれぞれUniPort-D（D-PHYを備えたUniPro）とUniPort-M（M-PHYを備えたUniPro）と呼ばれています。

UniPro 1.0仕様^[13]は、 2008年1月14日にMIPI理事会で承認されました。2009年7月に完成したUniPro 1.1 ^[14]は、読みやすさの向上を目的としており、4つのUniProプロトコル層のうち2つに参照モデル（SDL形式）を提供し、自動化された適合性テストを容易にする機能を提供します。

UniPro を設計した設計者は、最初から、下位互換性のある段階的なロードマップとしてこのテクノロジをリリースすることを意図していました。UniPro 1.1 は、UniPro 1.0 と完全に下位互換性があるように設計されています。UniPro 1.40 および UniPro v1.41 (UniPro v1.4x) の主な目的は、追加の物理層である M-PHY をサポートすることです。さらに、UniPort-M は、ピア UniPro デバイスのローカルおよびリモート制御機能を備えており、たとえば、リンクのサポートされているさまざまな電源モードを制御するために使用できます。UniPro v1.4x 以降の計画されているロードマップのステップは、ネットワーク対応のエンドポイントおよびネットワーク スイッチ デバイスの仕様を提供することを目指しています。

UniPro v1.6 仕様は、M-PHY 物理層を使用する場合に UniPro v1.41.00 との相互運用性を確保するように設計されています。v1.60 では D-PHY がサポートされなくなったため、D-PHY 操作の下位互換性は維持できません。

UniPro とその基礎となる物理層は、バッテリー駆動のシステムに必要な低電力動作をサポートするように設計されています。これらの機能は、電力効率の高い高速動作から、ネットワークのアイドル時または低帯域幅期間中の低電力モードの追加まで多岐にわたります。ただし、実際の電力動作は、システム設計の選択とインターフェイスの実装に大きく依存します。

UniPro プロトコルは、幅広いアプリケーションと関連するトラフィック タイプをサポートできます。モバイル システムで発生するチップ間インターフェイスの例:

• 大容量ストレージファイル転送: 6 Gbit/s
• 24Mピクセルカメラ@30fps:9Gbit/s
• チップ間接続: 1 Gbit ～ 24 Gbit/s

このようなアプリケーションでは、UniPro によって転送されるバイト ストリームの構造とセマンティクスを定義するために、UniPro の上にアプリケーション プロトコル レイヤーが必要であることに注意してください。これは、既存のデータ形式 (トレース、ピクセル ストリーム、IP パケットなど) を移植したり、新しい独自の形式 (チップ固有のソフトウェア ドライバーなど) を導入したり、新しい業界標準 (メモリのようなトランザクション用のUFSなど) を定義したりするだけで実行できます。

現在 UniPro にあまり適していないと考えられるアプリケーションは次のとおりです。

• 低帯域幅制御 - 他のトラフィックと多重化されない限り (懸念事項: UniPro の複雑さは、I2Cなどよりもはるかに高い)
• 高品質のオーディオ サンプル (懸念事項: UniPro はすべてのデバイスに共有クロックを配布しません。たとえばSLIMbusやI2Sと比較した UniPro の複雑さ)
• 動的メモリへのインターフェース（懸念事項：プロセッサ命令/データフェッチのレイテンシ）

UniPro プロトコル スタックは、従来の OSI 参照アーキテクチャ (ref) に従います。実用的な理由から、OSI の物理層は、レイヤー 1 (実際の物理層) と、代替レイヤー 1 テクノロジ間の違いを抽象化するレイヤー 1.5 (PHY アダプタ層) の 2 つのサブ層に分割されています。

UniPro 仕様自体は、レイヤー 1.5、2、3、4 および DME (デバイス管理エンティティ) をカバーしています。アプリケーション レイヤー (LA) は、UniPro のさまざまな用途でさまざまな LA プロトコルが必要になるため、範囲外です。物理レイヤー (L1) は、必要に応じて他の (より汎用性の低い) プロトコルで PHY を再利用できるようにするために、別の MIPI 仕様でカバーされています (ref)。

OSI レイヤー5 (セッション) と 6 (プレゼンテーション) は、該当する場合、アプリケーション レイヤーの一部としてカウントされます。

MIPI は、UniPro を、ますます複雑化する製品の作成を簡素化することを特に目標としています。これは、安定した標準化された柔軟なネットワーク インターフェイスを介して相互接続されたモジュラー サブシステムで構成される将来のハンドセット アーキテクチャに関する比較的長期的なビジョンを意味します。また、コンポーネントが容易に相互運用でき、競合するサプライヤのコンポーネントがある程度プラグ互換であるような、モバイル ハンドセット業界の期待される、または望ましい構造に関する比較的長期的なビジョンも意味します。

同様のアーキテクチャは、相互運用性と規模の経済性という同様の理由から、他の分野（自動車ネットワーク、広く標準化された PC アーキテクチャ、インターネット プロトコルを中心とした IT 業界など）でも登場しています。しかし、UniPro が携帯電話業界でどの程度急速に採用されるかを予測するのは時期尚早です。

UniPro、 USB、PCI Expressなどの高速相互接続は、通常、低速相互接続 ( I2C、SPI、または単純なCMOSインターフェイスなど) よりもコストがかかります。これは、必要なミックスド シグナル回路 (レイヤー 1) が占めるシリコン領域や、ビット エラーを自動的に修正するために必要な複雑さとバッファ スペースなどが原因です。したがって、UniPro のコストと複雑さは、特定の低帯域幅 UniPro デバイスにとって問題となる可能性があります。

Metcalfe ^[17]が主張したように、ネットワーク技術の価値はその技術を使用するデバイスの数の 2 乗に比例します。このため、ベンダー間の新しい相互接続技術の価値は、その提唱者の取り組みと、その結果として技術が自立する可能性によって決まります。UniPro は多くの大手企業から支援を受けており、UniPro のインキュベーション時間は同等の技術 ( USB、インターネット プロトコル、Bluetooth、車載ネットワーク) とほぼ一致していますが、この技術に関する主な懸念は採用率であると考えられます。これは、モバイル業界が製品の内部に関係するハードウェア標準の実績をほとんど持っていないことから特に当てはまります。

UniPro採用の主な推進力は、MIPI UniProとM-PHYを標準規格の基礎として使用するJEDECユニバーサルフラッシュストレージ（UFS）v2.0です。市場に投入される予定の標準規格の実装がいくつかあります。

相互運用性には、プロトコル レイヤー L1～L4 上のピア UniPro デバイス間の調整以上のものが必要です。アプリケーション固有のデータ形式、コマンドとその意味、およびその他のプロトコル要素の調整も必要です。これは、すべての設計方法論において本質的に解決できない既知の問題です。標準的で再利用可能な「配管」(ハードウェア/ソフトウェア/ネットワークの下位レイヤー) については合意できますが、ChangeVolume(value) などの些細なコマンドの詳細なセマンティクスやメディア ストリームの形式について自動的に調整されるわけではありません。

したがって、実践的なアプローチでは、いくつかのアプローチを組み合わせる必要があります。

• 以前の世代の相互接続が機能していた場合は、何らかの解決策がありました。最小限の変更で再利用/トンネリング/移植することを検討してください。
• 再利用可能なアプリケーション固有の業界標準が多数あります (ラジオ、オーディオ形式、MPEG を制御するコマンドなど)。
• 主要なテクノロジーを UniPro 経由でトンネルします。IPの世界とやり取りする場合は、IP-over-UniPro を提供するのが賢明です。
• アプリケーション固有のソフトウェア ドライバーを使用します。これは限られたデータ レートでのみ機能し、相互運用性の問題を内部ソフトウェア相互運用性の問題に押し込みますが、よく理解されているアプローチです。
• 既存のソフトウェアインターフェースをプロトコルに変換します。元のAPIのアーキテクチャが適切であれば、変換は簡単な場合や自動化できる場合もあります^{[18] 。}

MIPIアライアンス^[20]の会員契約[ ^19]では、会員企業に対するMIPI仕様のライセンス条件を規定している。MIPIアライアンスの主な対象ドメインである携帯電話とその周辺機器にはロイヤリティフリーのライセンス条件が適用され、その他のドメインには RANDライセンス条件が適用される。

• プロジェクトアラ

• www.MIPI.org - MIPI Alliance（文書にアクセスするにはアカウントが必要です）
• 「MIPI アライアンスが M-PHY v2.0 と UniPro v1.41 を発表」Wayback Machineに 2012-06-28 にアーカイブ- MIPI アライアンス 2012 年 6 月
• 「UniPro v1.41 相互運用性」は 2012 年 7 月 8 日にWayback Machineにアーカイブされました- MIPI Alliance 2012 年 6 月
• UniPro テスト プログラム - 適合性と相互運用性のテスト
• 「モバイル チップ インターフェースが現実に」 - EE Times 2006 MIPI ステータスの概要
• 「JEDEC がフラッシュ ストレージの標準を発表」 - EE Times 2011