THine Value レイテンシのばらつきが数nsと小さいSerDesチップ、カメラとフラッシュの同期動作が可能に
2026.11.10
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（この記事の要点）
- レイテンシのばらつきはわずか数ns、データシートで保証
- 信号到着のタイミングをns単位で調整可能なSerDesチップ
- 遠隔地に置いたカメラとフラッシュの同期動作を可能に
- SerDesのCDR（Clock Data Recovery）回路の工夫で実現
- 1対1接続タイプや1対4接続タイプを検討中
パラレル信号をシリアル信号に変換して、高速に信号をデジタル伝送するSerDes（Serializer/De-Serializer）技術。この技術を実装したのがSerDesチップである。特に、送信部と受信部の距離が離れているアプリケーションで盛んに採用されている。具体的には、画面サイズが大きな薄型テレビや車載カメラシステム、産業機器などである。
しかしアプリケーションによっては、ある課題に頭を悩まされている。そのアプリケーションは、工場の製造ラインや検査ラインに向けた装置である。こうした装置では動作状態を確認するため、フラッシュを光らせた直後にカメラで撮影し、その後AIによる画像処理を実行して正常に動作しているかどうかを判断する。この機能を実現する場合、ホスト・コントローラとカメラ/フラッシュとの距離が遠ければ、SerDesチップを使って両者の間を接続することになる。前述の課題とは、この場合に発生する。それはフラッシュとカメラの動作タイミングを厳密に制御できないという課題だ。本来であれば、フラッシュを発光させた後、ある決まった時間が経過してからカメラのシャッターを押したいところ。しかし通常SerDesチップは、信号が入力されてから出力されるまでの遅延時間（レイテンシ）を厳密に制御していない(図1)。
さらに、この遅延時間（レイテンシ）は電源を投入するたびに変動する（図2）。従って、「前回のレイテンシは1μsだったが、今回は1.1μsに変化してしまった、次回は0.9μsに動いてしまった」という事態が発生し得るわけだ。その結果、フラッシュとカメラの動作タイミングがずれるという事態を招く。
しかしアプリケーションによっては、ある課題に頭を悩まされている。そのアプリケーションは、工場の製造ラインや検査ラインに向けた装置である。こうした装置では動作状態を確認するため、フラッシュを光らせた直後にカメラで撮影し、その後AIによる画像処理を実行して正常に動作しているかどうかを判断する。この機能を実現する場合、ホスト・コントローラとカメラ/フラッシュとの距離が遠ければ、SerDesチップを使って両者の間を接続することになる。前述の課題とは、この場合に発生する。それはフラッシュとカメラの動作タイミングを厳密に制御できないという課題だ。本来であれば、フラッシュを発光させた後、ある決まった時間が経過してからカメラのシャッターを押したいところ。しかし通常SerDesチップは、信号が入力されてから出力されるまでの遅延時間（レイテンシ）を厳密に制御していない(図1)。
図1 SerDesのレイテンシは一定ではない
さらに、この遅延時間（レイテンシ）は電源を投入するたびに変動する（図2）。従って、「前回のレイテンシは1μsだったが、今回は1.1μsに変化してしまった、次回は0.9μsに動いてしまった」という事態が発生し得るわけだ。その結果、フラッシュとカメラの動作タイミングがずれるという事態を招く。
図2 電源投入のたびにSerDesのレイテンシが変化する
1対4接続品と1対1接続品を検討
工場の製造ラインや検査ラインに向けた装置などでは、こうした事態は避けたいところだ。そこで問題になるのは、SerDesチップのレイテンシは厳密な制御が可能か否かという点だ。結論から言えば、「技術的には可能」である。SerDesチップに内蔵するクロック・データ・リカバリ（CDR：Clock Data Recovery）回路の工夫で実現できる。
実際にザインエレクトロニクスでは、レイテンシを厳密に制御できるSerDesチップの技術的な検討に着手している。現在、実用化を想定しているSerDesチップは2種類ある。その2 種類のSerDesチップは、ホスト側に実装するタイミングSerDesチップに集積するシリアライザとデシリアライザの回路数が異なる。
1つは、シリアライザとデシリアライザの回路をそれぞれ4つ集積したタイミングSerDesチップである。つまり、1つのタイミングSerDesチップに対して、4個の端末用SerDesチップを接続可能な「1対4接続向け」である。複数台のカメラやフラッシュを製造ラインや検査ラインに配置する用途などに向ける(図3)。
もう1つは、シリアライザとデシリアライザの回路をそれぞれ1つずつ集積したタイミングSerDesチップだ。1つのタイミングSerDesチップに対して1個の端末用SerDesチップを接続する「1対1接続向け」である。電源投入やリセットがあっても、1台の端末に対して、常に同じレイテンシでデータを送ることが求められる用途に向ける。例えば、データロガーなどである。
実際にザインエレクトロニクスでは、レイテンシを厳密に制御できるSerDesチップの技術的な検討に着手している。現在、実用化を想定しているSerDesチップは2種類ある。その2 種類のSerDesチップは、ホスト側に実装するタイミングSerDesチップに集積するシリアライザとデシリアライザの回路数が異なる。
1つは、シリアライザとデシリアライザの回路をそれぞれ4つ集積したタイミングSerDesチップである。つまり、1つのタイミングSerDesチップに対して、4個の端末用SerDesチップを接続可能な「1対4接続向け」である。複数台のカメラやフラッシュを製造ラインや検査ラインに配置する用途などに向ける(図3)。
図3 離れたカメラとフラッシュの同期動作が可能に
もう1つは、シリアライザとデシリアライザの回路をそれぞれ1つずつ集積したタイミングSerDesチップだ。1つのタイミングSerDesチップに対して1個の端末用SerDesチップを接続する「1対1接続向け」である。電源投入やリセットがあっても、1台の端末に対して、常に同じレイテンシでデータを送ることが求められる用途に向ける。例えば、データロガーなどである。
オフセットでケーブル長の違いを補償へ
それではレイテンシのばらつきはどの程度に抑えられるのか。現在、ザインエレクトロニクスは、技術的な検討の段階ではあるものの、「わずか数nsに抑えられ、その値をデータシートで保証できる」と見ている。もし実用化できた場合は、レイテンシのばらつきを保証した業界初のSerDesチップになるだろう。
さらにザインエレクトロニクスは、顧客からの要望によっては、タイミングSerDesチップと端末用SerDesチップを接続するケーブルの長さを補償する機能の搭載を検討する考えである。当然ながら、ケーブルによる接続距離が違えば、データ伝送にかかる時間が変わる。タイミングSerDesチップオフセット機能を用意しておけば、この時間差も調整できるようになる。現時点では、オフセット機能を用いれば、1ns刻みで制御できることを技術的に確認済みである。
さらにザインエレクトロニクスは、顧客からの要望によっては、タイミングSerDesチップと端末用SerDesチップを接続するケーブルの長さを補償する機能の搭載を検討する考えである。当然ながら、ケーブルによる接続距離が違えば、データ伝送にかかる時間が変わる。タイミングSerDesチップオフセット機能を用意しておけば、この時間差も調整できるようになる。現時点では、オフセット機能を用いれば、1ns刻みで制御できることを技術的に確認済みである。
広くユーザーの声を集めたい
今後、ザインエレクトロニクスでは、多くのユーザーの声を聞きながら要望の大きさによっては、レイテンシのばらつきを数nsに抑えられるSerDesチップの開発を本格化させる。そのためには計測器などの開発/設計に取り組むSerDesユーザーの声を広く集める必要がある。声を集めたいテーマは以下の通りである。
- レイテンシのばらつきを抑えるとともに、その値を保証したSerDesチップに対する興味はどの程度あるのか？
- レイテンシのばらつきは数nsを設計目標としているが、動作条件や制約条件によっては数ns以下も実現可能である。実際に必要となるばらつきはどの程度なのか？
- オフセットを使ってケーブル長を補償する機能は必要か、もし必要な場合、その制御幅は1nsで問題ないか？
- アプリケーションとして計測器を想定しているが、このほかにレイテンシのばらつきを抑えたSerDesチップを必要とする用途はどのようなものが考えられるか。
- レイテンシのばらつきを抑えたSerDesチップを必要とする時期はいつ頃か？