SerDes とは？ カメラとプロセッサを接続する高速ブリッジ

ロボットや車両が周囲の環境を正確に認識するためには、センサーだけでなく、視覚データをプロセッサへ届ける“見えない経路”も重要です。ロボットが屋外へと進出し、自律システムがより複雑な認知能力に依存するようになるにつれ、従来の伝送方式は速度・距離・信頼性の要求に追いつけなくなってきました。この変化は、カメラと計算ユニットの接続方法を静かに再構築しています。

本ブログでは、業界がアナログからデジタル、そして SerDes へとどのように進化してきたのか、また GMSL がモビリティ向けアプリケーションで不可欠になりつつある理由、そしてそれがロボットおよび自動運転のビジョンの未来をどのように形作るのかを解説します。

SerDes とは？

SerDes（Serializer/Deserializer）は、高速データ伝送を行うためのインターフェース IC のペアであり、カメラデータを長距離でも確実に伝送できるようにするものです。リンクの両端にはそれぞれ専用の IC が使用され、カメラ側にはシリアライザ、プロセッサ側にはデシリアライザが搭載されています。

SerDes はどのように動作するのか？

実際のレベルでは、SerDes はイメージセンサーから出力される幅広い MIPI データを高速のシリアル信号に変換し、1 本のケーブルで伝送します。その後、受信側で元のデータ形式に復元します。これにより、高解像度映像、制御信号、さらには電力までを 1 本のケーブルで伝送でき、システム設計の簡素化や配線の低減が可能になります。

一般的な SerDes カメラチェーンは以下のようになります：

• シリアライザ（カメラモジュール内）：MIPI センサーデータを受け取り、マルチギガビット級のシリアル信号に変換します。
• ケーブル（同軸またはシールド付きツイストペア）：高速シリアルデータ、制御チャネル、場合によっては電力（PoC：Power-over-Coax）を伝送します。
• デシリアライザ（SoC 付近）：元の MIPI データ形式に再構築し、プロセッサが映像ストリームを利用できるようにします。

アナログからデジタル、そして SerDes へ：カメラ接続の進化

1. アナログ時代：シンプルだが制約が多い

CVBS、AHD、TVI などのアナログ方式は、かつて低コストで理解しやすく、導入しやすいという理由からカメラ伝送の主流を占めていました。画像品質やレイテンシーがそれほど重要でないバックカメラや監視用途では十分に機能していました。

しかし、モビリティロボットや自律システムが登場すると、その欠点は無視できなくなりました：

• 低解像度に制限される帯域幅
• ノイズや干渉の影響を受けやすい
• 決定論的なレイテンシーや高度な制御チャネルが存在しない
• マルチカメラ同期アーキテクチャへの拡張性が不足

アナログ方式は、認知に依存する高度なマシンの複雑さに対応できなくなったのです。

2. デジタルインターフェース：前進ではあるが最終解ではない

MIPI CSI-2、USB、Ethernet といった一般的なデジタルインターフェースは、より高い解像度と信頼性の高い信号伝送を実現しました。プラグアンドプレイの接続を可能にし、プロセッサとの統合性も向上したことで、モバイル機器、産業用カメラ、組込みシステムで広く標準化されました。

しかし、デジタルインターフェースには依然として次のような課題があります：

• ケーブル長の制約（特に MIPI）
• 過酷な環境下での EMI への曝露
• レイテンシーが高く、予測しにくい
• マルチカメラ同期構成の必要性
• 長年の運用に耐える自動車グレードの信頼性

これらの制約により、デジタルインターフェースは高性能で複雑なロボティクスや自動運転システムには必ずしも適していません。

3. SerDes の台頭：距離・速度・過酷環境のために生まれた技術

Serializer-Deserializer（SerDes）技術は、業界が抱えてきた課題への解決策として登場しました。広幅な MIPI データラインをそのまま送るのではなく、SerDes はデータを高速シリアルストリームに変換し、堅牢な同軸ケーブルなどの差動対で伝送し、受信側で再構築します。

ロボティクスや自律システムにおいて、SerDes はアナログや汎用デジタルインターフェースでは満たせない能力を実現しました：

• 最大 15m の長距離接続でも損失が最小
• リアルタイム認識に不可欠な低レイテンシー
• 複数の Full HD、さらにはマルチギガピクセル級ストリームを扱える高帯域幅
• 車載グレードの EMI 耐性
• ケーブル複雑度を下げる Power-over-Coax（PoC）
• SLAM、360 度認識、自動運転・ロボティクスで広く用いられる 3D オキュパンシー予測に必要なマルチカメラ同期への高い拡張性

プロプライエタリ方式からオープンな SerDes 規格への移行

上の表は、FPD-Link（TI）や GMSL（Analog Devices）といった SerDes インターフェースが、ADAS／自動運転／ロボティクスにおける高解像度・低レイテンシーの要求を解決してきた一方で、そのプロプライエタリな性質がベンダー依存を引き起こしていたことを明確に示しています。しかし、カメラインターフェースのエコシステムは急速に標準化へ向かって進化しています。その転換点となっているのが、MIPI Alliance の A-PHY や ASA のようなベンダーニュートラルな新規格の登場であり、複数ベンダー間の相互運用性を促進し、サプライチェーンリスクを低減するオープン標準として位置づけられています。

このオープン化への動きは急速に勢いを増しており、Mobileye が Valens の A-PHY 技術を採用し量産に投入していることや、ADI が GMSL プロトコルのオープン化を発表したことがその証拠です。つまり、かつてはプロプライエタリ方式が主流でしたが、将来の高い拡張性と信頼性を要求する自動運転システムにおいては、オープン規格が不可欠な基盤となっていくことが示唆されています。
 

プロトコルの先へ：信頼性あるシステムを支えるカメラメーカーの役割

カメラ開発者の視点から見ると、GMSL、FPD-Link、A-PHY のような SerDes 技術は非常に重要ですが、それだけで完成した製品がつくられるわけではありません。高品質なインターフェースがあれば、高速データ伝送・低レイテンシー・マルチカメラ対応が可能になりますが、それだけではロボティクスや自動運転が直面する過酷な環境で、堅牢で信頼性の高いカメラ製品を実現することはできません。

そこで重要となるのが、oToBrite のようなカメラメーカーの専門技術です。適切な SerDes 技術の選択は重要な要素のひとつにすぎず、高品質なカメラを実現するためには、極端な温度条件、衝撃・振動、EMI 耐性、長期耐久性など、厳格なテストを通過する必要があります。また、センサーキャリブレーション、レンズ品質、ファームウェア最適化、電源管理など、さまざまな要素を総合的に設計してはじめて、現実の環境でも安定して動作するカメラとなります。言い換えれば、GMSL のようなプロトコルが技術的な基盤を提供しても、それを“信頼できるカメラ”に仕上げるのは、設計・製造・検証を含む総合的な開発プロセスです。
 

まとめ

モビリティとロボティクスが進化を続ける中で、SerDes は単なるデータリンクではなく、物理世界と計算知能をリアルタイムで結ぶ重要な橋渡し役へと進化しました。アナログから始まり、現在のマルチギガビット級リンクに至るまで、カメラ接続の目的は常に、より高速に、より長距離で、より高い信頼性をもってデータを伝送することでした。

GMSL、FPD-Link、そして A-PHY のようなオープン標準によって、高速ビジョンデータはプラットフォームを超えてシームレスに伝送できるようになっています。これはカメラ開発者にとって大きな柔軟性と拡張性を意味し、より安全で賢い自律システムへの道を開くものです。

結局のところ、スマートモビリティやロボティクスの未来を決定づけるのは、単一のプロトコルではなく、SerDes のような高度なインターフェースと、堅牢な設計・テスト・システム技術をいかに統合して信頼できるビジョンシステムを構築できるかにかかっています。

次世代モビリティとロボティクス向けに、信頼性の高い高性能ビジョンシステムを提供する oToBrite の GMSL カメラソリューションはこちら：https://www.otobrite.com/ja/product/robotics-camera-for-amrs-and-ugvs/category