スマートホームの新規格「Matter」対応をどう進めるべきか。Infineonが提供するMatterソリューション解説

昨今IoTに絡んで話題のキーワードがMatterだ。これまで多くの規格が立ち上がったものの実現しなかったスマートホームが、Matterの立ち上げによってようやく実現に向けて動き出した。本稿では、Matterでは何ができるのかをはじめ、対応の必要性やソリューションへの理解を深めるべく、立ち上げ当初からMatterに深くかかわってきたInfineonの取り組みについてインフィニオン テクノロジーズ ジャパン株式会社の木村見氏にお話を伺った。

Matterという新しい標準

MatterとはCSA(Connectivity Standards Alliance)という業界団体が2022年10月に立ち上げた、スマートホームなどに向けた規格である。実はスマートホームを目指した規格はこれまでも数多く存在したが、広範に成功した規格は存在していない。そのひとつの理由としては、複数の規格が競合する格好になり、結局相互運用性が保たれなかったことが挙げられよう。こうした反省もあってか、Matterの立ち上げに当たっては、これまでスマートホームを目指す規格を立ち上げた企業が多く参画しており、それもあって相互運用性を高く保つ、という点が重視されている。これにより、ここ10年あまり各社が努力してきたものの実現しなかったスマートホームが、やっと実現に向けて第一歩を踏み出したというのが現在の状況である。ちなみにこのCSA、母体となったのはZigBee Allianceである。ただZigBee AllianceはあくまでもZigBee IEEE 802.15.4という無線規格の普及が目的だったのに対し、MatterはIPv6ベースであればどんなネットワークでも対応する。実際に、Ethernet/Wi-Fi/Threadなど、多くの通信規格に対応している。そうした意味でも、もはやCSAとZigBee Allianceは別物になったと考えて良い。

Matterでは何ができるのか？

Matterで何が可能かについては、図1がわかりやすいだろう。これまでスマートホームと呼ばれるソリューションは限定的だった。たとえばPhilipsのHueはかなり昔から存在するスマートライトの草分け的存在であるが、実際に制御のためにはHue Bridge(図の左上)を経由して、Philips製のスマートフォン用アプリケーションで操作する必要がある。これは他の製品も同じで、IKEAのDirigeraを使うとIKEAのスマート製品の操作が、SamsungのSmartThings Hubを使えばSamsungのスマート製品が、Echo Dotを使えばGoogleのスマート製品がそれぞれ操作できる。AppleのSiriやAmazonのAlexaなども同様だ。ただし操作にはそれぞれの専用アプリケーションが必要である。果たしてこれは本当にスマートと言えるのか？という話である。Matterを利用する事で、こうした分断が解消されることになる。

• 図1）Matterでできること

たとえば冒頭で書いたHueを挙げると、既に出荷済の製品でどこまで対応できるかは不明(引き続きHue Bridgeは必要になるかもしれない)だが、Matter対応のファームウェアを入れる事で、今後はPhilipsのHue専用アプリだけでなくMatter対応の汎用アプリ、Echo DotやDirigera、Siriなどから制御することも可能になる。もっと将来的にはHue Bridgeなしでも直接個々の電球がMatter対応として直接アプリなどから制御できるようになるかもしれない。

これはユーザーとメーカーの両方にとってメリットがある話である。まずユーザーにとっては、これまでは「帰宅する直前に冷暖房をオンにする」「自動でカーテンの開け閉めや照明を制御する」といった夢の暮らしを実現しようとしても、これがひとつのメーカーからワンストップで提供されるケースは少なく、「照明はA社、エアコンはB社、カーテンはC社……」という具合に、好みが複数のメーカーに跨った場合は統一的に制御をするのが非常に難しかった。ところが、今後は複数メーカーを跨いでMatterで画一的に制御が行えるようになる。メーカーにとっては、まずはスマート機器として従来製品と差別化を図るための手段になる。もちろん、Matterに対応すること「だけ」であればすぐに差別化要因にはならないが、今後はMatterへの対応が必須項目になる。いずれにせよ、対応しないという選択肢はないだろう。

InfineonのMatter Solutionと今後の展開

CSAにはPromotor/Participant/Adapter/Associateという4つのメンバーシップがあるが、Infineonはその中でMatterの標準化案そのものの検討や、CSAの運営にも関わることができるPromotorのポジションにあり、CSAの立ち上げ当初からMatterに深くかかわってきた。現状では700社以上がCSAのメンバー企業として名を連ねているが、この内Promotorは29社に過ぎない。図2はその一部であるが、Apple/Amazon/Googleといった、これまでスマートホーム向け規格推進してきた企業だけでなく、HaierやIKEA、LG、OLUTRONといったスマート機器を企画・製造・販売している企業も多数含まれているのも特徴的である。Infineonも2022年10月7日にMatter 1.0の仕様がリリースされたタイミングにあわせて開発キットをリリースしている。

• 図2）Matterで Promotorのポジションにある一部の企業

技術的に見てMatter対応とは何かといえば、通信に関わる層と、その上のアプリケーション層への対応ということになる(図3)。Networking Layerでは、IPv6 への対応が必須なのでネットワークスタックが必要となる。今は通信の規格としてはEthernet/Wi-Fi/Threadが対応している。今後はIP over BLE(Bluetooth Low Energy)などでもMatterに対応していく。現状はWi-FiかThreadに対応したネットワークデバイスが必要である。一方Application Layerでは、Matter対応アプリケーション自身の処理に加えてMatterのプロトコル対応、更にはセキュリティ対応などが必要となる。

• 図3）Matter対応とは、通信に関わる層とアプリケーション層への対応

ここでいう「Matter対応アプリケーション自身の処理」というのは、たとえば図4のスマートディスプレイの様な機器であれば、Matter Protocolの処理以外にもGUIとタッチコントローラを組み合わせ、様々な情報(画面では家庭内のガスや電気の消費量を表示している)を集めてそれを示す処理が実施されている訳で、こうした高度な機能を実現するためには、それなりの処理能力のプロセッサが必要である。

• 図4）スマートディスプレイ

オールインワンのものとしては、InfineonのPSoC 62 MCUを搭載したPSoC 62S2 Wi-Fi BT Pioneer Kitがある。Arm Cortex-M4とCortex-M0+のパワフルなコアマイコンに、日本での技適も取得したWi-Fi/Bluetoothモジュール、さらに容量式タッチセンサーや大容量外部FRAMなどまでがワンセットになったキット(図5)であり、これをサポートするRTOSやソフトウェアツールキットであるModusToolbox Softwareも提供される。Matter対応のソフトウェアライブラリやサンプルなどはGitHubで既に公開されており、もちろんキット上で動かすことが可能だ。

• 図5）InfineonのPSoC 62を搭載したPSoC 62S2 Wi-Fi BT Pioneer Kit

そこまでプロセッサ性能は必要ないということであれば、たとえばPSoC 6 MCUに同社のAIROC CYW43xxを組み合わせることで、簡単にMatter対応アプリケーションを構築することもできる。また、バッテリー駆動のアプリケーションでよりLow Powerな用途向けにはMCUにBluetoothとThreadをまとめて搭載したAIROC CYW30739のようなソリューションもある。

Matterはセキュリティも確保されるように規格が定められている。このあたりの関係をまとめたのが(図6)である。セキュリティに関しては、PSoC 62 MCUには既にセキュリティ対策が含まれているが、より堅牢なセキュリティ対応を行いたいという場合にはinfineonのOPTIGAセキュリティ ソリューションを組み合わせることで、高いセキュリティを確保できるようになる。

• 図6）幅広いセキュア コネクテッド ポートフォリオ

図7が同社のMatter対応製品一覧で、対応製品は今後も増えていく予定だ。Matter自身も、現在は照明とスマートスピーカー/スマートロック/防犯センサー/TVのみプロファイルが定義されている状態だが、今後はより広範なスマート機器(洗濯機/乾燥機や冷暖房)、ロボット掃除機、セキュリティカメラ、ガレージドアなど)への対応が予定されており、これらの標準化作業に合わせてInfineonでも対応を図っていく見込みだ。

• 図7）Matter対応製品一覧

包括的なソリューション

今回はMatterに焦点を当ててご紹介したが、そもそもInfineonはMCUやWirelessだけでなく、パワー半導体やそれに関わる制御IC、バッテリー制御やセンサー、RF、メモリなど広範に渡る製品ラインナップを提供している。たとえばスマートドアひとつとっても、単にMatterへの対応のみならずHMIやモータ制御に動作検知のセンサーなど、機能を盛り込んで差別化を図れば図るほど、同社で提供できるソリューションが増えていく形になる(図8)。

• 図8）機能を盛り込むほど提供できるソリューションが増えるスマートドアの例

もちろんその中にはソフトウェアの開発も含まれており、広範なソフトウェアライブラリとサンプルコードが、新規製品を構築する際の助けとなることは間違いない。Matter対応をどう進めるべきか、新製品を具体化するにあたってどういう構成を取るべきかなどで悩んでいるなら、Infineonに相談を持ち掛けてみることで、スマートな解決への早道になるだろう。

[PR]提供：インフィニオン テクノロジーズ ジャパン