産業用マザーボードとは？
産業用マザーボードとは、産業グレードのプリント基板であり、コンピューターケース内に配置され、コンピューターハードウェアコンポーネントのほとんどに接続性と拡張性を提供するプラットフォームとして機能します。マザーボードは、プロセッサー（CPU）、メモリー（RAM）、ストレージドライブ（SSDおよびHDD）、グラフィックカード（GPU）など、さまざまな必須コンピューター部品と周辺機器を接続します。特定のプロセッサーやメモリータイプと連携するように独自に製造された、さまざまなマザーボードデザインがあります。
一般的なマザーボードは、処理と接続のためのプラットフォームを提供するという点で、全体的な機能は非常に似ています。産業用マザーボードは、互いに容易に区別できるさまざまな形状、サイズ、および機能を備えています。 異なるタイプのマザーボードを区別するのに役立つもう1つの属性は、その信頼性、耐久性、および寿命です。IoTソリューションの進歩と、コンピューティング能力がクラウドからエッジへと移行するにつれて、メーカーは展開される厳しい環境に耐えうる産業用マザーボードを製造するよう求められています。
産業用マザーボードのフォームファクター
マザーボードの形状とサイズは、さまざまなサイズのコンピューターケースに必要なフィット感に応じて異なります。これらの形状とサイズは、フォームファクターとも呼ばれます。マザーボードのフォームファクターをどれだけ大きくまたは小さく設計できるかに制限はありませんが、メーカーが製造できる限り可能です。そうは言っても、ほとんどの産業用マザーボードは、幅広い互換性のためにATXおよびITX標準フォームファクターに準拠しています。
さまざまなマザーボード標準について簡単に説明しましょう。最初に、ATXはAdvanced Technology eXtended標準の略で、1995年にIntelによって開発された事実上の標準として最も一般的なマザーボードフォームファクターです。ATXフォームファクターは、Extended-ATX、Standard-ATX、Micro-ATXなど、さまざまなサイズに分けられます。一方、ITXフォームファクターなど、Intel ATX標準からデザインが派生したフォームファクターもあります。ITXはInformation Technology eXtendedの略で、2001年11月にVIE Technologiesによって最初に導入された小型のマザーボードフォームファクターです。ITXサイズタイプには、Mini-ITX、Nano-ITX、Pico-ITX、Mobile-ITXなどがあります。
これら2つの標準を比較してみましょう。寸法的には、ATX標準は、より小型でコンパクトなITX標準と比較して、より大きなフォームファクターを持っています。例えば、ATX標準で最も小さいフォームファクターであるMicro-ATXは、最も大きいITX標準フォームファクターであるMini-ITXよりも依然として大きいです。そうは言っても、より深く理解するために、今日最も需要のあるこれらのフォームファクターの一部について詳しく説明しましょう。
標準ATX
Standard-ATXは、長さ305mm、幅244mmの寸法を持つ、かなり大きなマザーボードです。Standard-ATXマザーボードは、フルおよびミッドタワーATXケースのネジ穴に対応しています。Standard-ATXマザーボードは、他の小型マザーボードと比較して、アップグレード性に大きな利点があります。Standard-ATXマザーボードには4つのメモリスロットがあり、最大64GBのRAMをインストールでき、最大6つのPCIeスロットをサポートしているため、Wi-Fiカード、GPU、サウンドカードなどのPCIeカードをインストールできます。Standard-ATXのアップグレード性には、大きなサイズと携帯性の低さというトレードオフがあります。
Micro-ATX
Micro-ATXは、より手頃な価格と小型のフォームファクターを提供するために、Standard-ATX設計に基づいて開発されました。Micro-ATXの寸法は、長さ244mm、幅244mmです。Standard-ATXと同様に、Micro-ATXは最大4つのDIMMスロットを備えた同じRAMを搭載しています。ただし、サポートするPCIeスロットは最大4つです。それにもかかわらず、Micro-ATXはStandard-ATXとMini-ITXの良いバランスを保っており、より大きなATXケースに適合しながら、アップグレード性を維持することができます。
Mini-ITX
Mini-ITXは、幅と長さが170mmという、はるかにコンパクトなマザーボードフォームファクターです。Mini-ITXは、手のひらに収まるほど小さいため、Micro-ATXやStandard-ATXサイズと比較して非常に携帯性に優れています。Mini-ITXは、低消費電力でありながら、複雑なタスクを実行できる十分なパワーを備えているため、非常に有益です。Mini-ITXは、最大2つのメモリスロットと1つのPCIeスロットに拡張可能です。構成によっては、Mini-ITXは複数のUSBポート、ネットワークポート、VGAポート、および/またはHDMIポートもサポートできます。Mini-ITXの際立った特徴は、消費電力が25ワット未満と低く、一部のバージョンでは5ワットと低いことです。
Pico-ITX
Pico-ITXは、ITX標準のマザーボードの中で最も小型のフォームファクターの1つです。Pico-ITXは、幅72mm、長さ100mmで、Mini-ITXフォームファクターと比較して大幅に小さい（75%小さい）です。Pico-ITXマザーボードは、VIAのNanoBGA2テクノロジーを利用したプロセッサーをサポートしており、最大1.5GHzの速度と128KBのL1およびL2キャッシュを搭載し、最大1GBのDDR2 400/533 SO-DIMMメモリーを使用しています。Pico-ITXマザーボードとx86プロセッサーを組み合わせることで、工場自動化、自動運転車、スマートリテール、倉庫自動化など、さまざまな分野で一般的に存在する信じられないほどのIoTおよび組み込みシステムアプリケーションが実現します。
そうは言っても、より多くの企業がIoTソリューションを実行するのに十分な強力な小型フォームファクターを使用しています。したがって、特にMini-ITXがATXマウントソリューションとも互換性があるため、Micro-ATXやMini-ITXなどの小型フォームファクターマザーボードの需要が増加しています。マザーボードのフォームファクターを選択する際の追加の注意点として、より小型のフォームファクターサイズは、同じATX標準のより大きなフォームファクターケースに収めることができますが、より大きなフォームファクターマザーボードをより小型のケースに収めることはできません。
オールインワン｜SBC（シングルボードコンピューター）
SBC（シングルボードコンピューター）とは、単一の回路基板上に構築された完全に機能するコンピューター構成です。通常、PCBから独立して構築されるコンピューターの部品やコンポーネント（マイクロプロセッサー、メモリー、I/Oなど）が、単一の回路基板上に半田付けされ、それらが単一のボードに統合されます。
すべてのコンポーネントを単一のボードに統合することで、省電力で効率的なコンピューターが、スペースの限られた環境でのIoTやエッジコンピューティングの展開に理想的なコンパクトなフォームファクターで作成されます。産業用マザーボードも、3.5インチ産業用SBCのように、小型でコンパクトなフォームファクターで提供されます。IoTおよびエッジコンピューティングソリューションは、タスク固有のものであり、デバイスはスペースの制約がある過酷な環境に展開されます。そのような展開の課題は、強力な処理、高速接続、十分なストレージも提供できる堅牢でコンパクトなデバイスを見つけることです。したがって、3.5インチSBCは、幅広い産業用アプリケーションをサポートするために、十分なI/Oやその他の機能をシステムに詰め込むのに十分な大きさの完璧なコンパクトフォームファクターです。
商用マザーボードと比較した産業用マザーボードの利点
産業用マザーボードの部品やコンポーネントは、商用マザーボードのものと非常によく似ています。しかし、産業用マザーボードを商用マザーボードと区別する追加の要因が他にもあります。主な違いは、厳しい産業環境で最高の機能を発揮するものに完全に焦点を当てた産業用マザーボードの設計アプローチにあります。
産業用マザーボードは、よりシンプルで効果的な設計を採用しており、使いやすく、RGB照明や美的目的の追加コンポーネントなど、商用マザーボードが持つ不必要なアドオンを排除しています。さらに、産業用マザーボードは、その設計と採用されている標準フォームファクターにより、長期的な総所有コストが低く、アップグレードやメンテナンスが容易です。これは、産業用アプリケーション向けに特別に設計されているため、汎用性と耐久性を念頭に置いて設計および構築されており、何年も持続するのに十分な信頼性と耐久性を備えているためです。
産業用マザーボードと商用マザーボードの一般的な違いをいくつか示します。
汎用性と互換性｜I/O
最新のI/O構成が、産業用アプリケーションにとって常に完璧なケースであるとは限りません。商用マザーボードの欠点の1つは、多数のUSB Type-C入力の追加など、最新のI/Oトレンドにのみ焦点を当てていることです。しかし、産業用アプリケーションでは、コンピューターや機械がレガシーテクノロジーをサポートするさまざまなI/Oオプションを必要とするケースが少なくありません。レガシーテクノロジーのサポートは、アップグレードコストを削減し、産業システムにおける互換性の問題を回避するために重要です。そのため、産業用マザーボードは、商用マザーボードが一般的にサポートしないレガシーテクノロジー用のさまざまなI/Oオプションをサポートするように構成可能です。産業用マザーボードが依然としてサポートしているこれらのレガシーI/O入力には、DIO、GPIO、VGA、DVI、PCIスロット、ISAスロット、COMポート、シリアルポートなどがあります。さらに、産業用マザーボードは、オンボードSIMソケットに接続されたMini PCIeスロットを介して、Wi-Fi 6、Bluetooth、5G接続のアップグレード機能を追加することで接続機能もサポートしています。これは、産業用マザーボードが産業用アプリケーションにおいていかに汎用性と互換性があるかを示しています。
長寿命性 - 産業用グレードの部品
一般的な商用マザーボードとは異なり、産業用マザーボードは耐久性と信頼性に優れた産業用グレードの部品で構成されており、長寿命をサポートします。産業用マザーボードの製造に使用されるすべての部品は慎重に選択されており、これには特定のコンデンサ、抵抗器、電源チョークなどのアイテムの選択が含まれます。これにより、産業用マザーボードは、過酷な環境での展開にもかかわらず、より優れた電気性能とより安定したシステム性能を提供できます。したがって、産業用グレードの部品を利用することで、産業用マザーボードは最大5〜7年間持続できます。これらの追加のステップは、RMAを削減し、製品のライフサイクルを延ばし、総所有コストを削減するのに役立ちます。
耐久性 - 極端な温度範囲
最も過酷な環境で生き残るために、産業用マザーボードは極端な温度暴露に耐えることができます。極低温と極高温は、一般的な商用マザーボードにとっては懸念材料です。なぜなら、それらはそのような低温および高温ストレスに耐えるように構築されていないからです。対照的に、産業用マザーボードは、温度が-40℃まで下がる極寒の冬にも展開でき、85℃に達する灼熱の環境でも生き残ることができます。その耐久性を確保するために、産業用マザーボードは、温度および湿度チャンバーを使用して管理された施設でテストされ、極端な温度と湿度に対する限界まで産業用マザーボードがテストされます。
耐久性の向上。コンフォーマルコーティングとは？
一部の産業用マザーボードには、マザーボードの耐久性と寿命を延ばすために、コンフォーマルコーティングを施すオプションもあります。コンフォーマルコーティングとは、プリント基板に薄い高分子フィルムを塗布して、プリント基板の部品に追加の保護を施す方法です。このコーティングにより、マザーボードは塵、湿気、化学物質、極端な温度暴露に対する耐性を高めることができます。コストがかかるため、特定の用途と展開のみがマザーボードへのコンフォーマルコーティングを必要とします。