システムシミュレーションとは？

なぜシステムシミュレーションを利用するのか？

• 組み込み開発において、継続的インテグレーションやDevOpsを実現するには、システムシミュレーションが不可欠です。
• 複雑なシステムのテストや自動テストの実行は、物理ハードウェア上ではコストがかかり困難ですが、デジタルツインを活用することでこの問題を解決できます。
• デバイスの導入前および導入後は、仮想ラボが提供する安全かつ管理された環境下で、セキュリティの脆弱性テストを実施する必要があります。

デジタルツインを用いたテストは、物理ハードウェアでのテストよりも容易で、コストも抑えられます。

図1. 物理的なハードウェアや実験室を使用する場合、所要時間が比較的長く、固有のリスクも比較的高い

サポートチームは、顧客環境を再現できるよう、ターゲットハードウェアを備えたラボを受け取り、設定を行う必要があります。 複数のハードウェアプラットフォーム上で組み込みシステムをサポートする必要性は、すでにスケーラビリティに欠けるこれらの手動プロセスをさらに複雑化させます。例えば、デバイスメーカーは、X86チップ上でLinux OSを実行するエディション、X86上でWindowsを実行するエディション、Arm®チップ上でLinuxを実行するエディションといったデバイスのバリエーションを作成したいと考えるかもしれません。この要件により、開発、テスト、サポートの各チームは、3つの異なるターゲットシステム構成を個別にセットアップする必要があります。構成の数が増えるにつれて、ハードウェアセットアップの維持管理はより複雑になります。

ソフトウェア開発や新技術製品の創出は、DevOps、アジャイル手法、継続的開発／継続的インテグレーション（CI/CD）といった形で、よりアジャイルで協調的、かつ自動化された手法へと移行しつつあります。しかし、ターゲットハードウェアを必要とする現在の実務では、これらのアプローチを用いて組み込みシステムを構築することは事実上不可能です。部門横断的なチームは、同一構成のハードウェア／システムインスタンスに容易にアクセスできなければ、連携して作業を行うことが困難になります。

例えば、ツール、データ、資産を共有できなければ、複雑なシステムのデバッグは困難です。テスターが問題を特定しても、その再現が難しい場合があります。その結果、膠着状態に陥ってしまいます。「私の環境では動作する」という言い訳は、このような状況ではよく聞かれるものです。しかし、品質保証に十分な時間をかけられないまま製品が市場に出回ることになり、結局は顧客が不利益を被ることになります。

現在利用可能なツールの多くは、ハードウェアや単純なコードの評価を目的としており、複数のデバイスが組み合わさった複雑な組み込みシステムのデバッグを想定して設計されたものではありません。これらのツールは本来の用途では十分に機能しますが、複雑な組み込みシステムのテストや設計に用いると不十分です。その結果、市場投入までの遅延、開発コストの増加、そして収益や市場シェアの損失につながります。

多くの場合、ハードウェアの不足により、必要な時間を確保するために製品リリースサイクルを延長しない限り、チームは品質とセキュリティを維持するのに十分なテストサイクルや多様なシナリオを実行することができません。 さらに、一部のセキュリティテストは機器に損傷を与える可能性があるため、チームはテストを継続するために代替ハードウェアの到着を待たなければなりません。しかし、新製品の導入遅延は容認できません。製品の提供が遅れると、収益の損失につながるからです。企業は、計画通りに新製品を導入する必要性と、顧客に問題が生じる可能性との間で板挟みになります。顧客の問題はあくまで「潜在的な」ものであり、実際に発生しても後で修正できるため、通常は市場投入のスピードが優先されます。

組み込みシステム製品開発のルールは変化しつつあります。Intel® Simics® などのハードウェア／シミュレーションソリューションを活用した仮想ラボにより、開発者、製品設計者、テスターは、短縮された開発サイクルの中で並行して作業を行うことが可能になります。これにより、DevOps を含む、より迅速かつアジャイルな手法を活用できます。テストおよびサポートチームは、ますます拡大するシステム環境のポートフォリオに対応しつつ、不具合や不可解なシステムエラーの原因を深く掘り下げて調査することができます。 チームはシステムの一元的なビューを共有して連携し、ハードウェアとソフトウェアを分離することで、より早期にテストを開始できます。その結果、開発サイクル全体を加速させることができます。

図2. Simicsは従来の製品ライフサイクルを短縮します。

Simics を使用することで、開発者はあらゆるターゲットシステムにオンデマンドで簡単にアクセスできるようになり、開発者間のコラボレーションがより効率的になり、自動化もより効率的かつ安定したものになります。これにより、組織はアジャイルかつ継続的な開発プラクティスからビジネス上のメリットを享受できるようになります。その結果、製品ライフサイクルを短縮し、複雑で組み込み型の、接続された大規模な IoT システムであっても、より優れたソフトウェアをより迅速に開発・提供することが可能になります。

企業は、製品ライフサイクルのあらゆる段階でSimicsを活用できます。

• 設計段階では、チームはさまざまなハードウェア構成を試行し、設計の仮定を確定する前に検証を行うことができます。
• 開発フェーズでは、開発者は、実環境と全く同じ動作をする仮想システム上でソフトウェアをテストおよび実行できます。
• テストフェーズでは、ソフトウェアのデバッグに高価なハードウェア環境を必要とせず、仮想ターゲットを完全に制御できるため、問題を効率的に特定できます。
• プロセス全体を通じて、開発者は実際のターゲットシステムと同じツールチェーン、ライブラリ、OS API、およびOSの挙動を使用して作業を行います。

電子システムの開発、デバッグ、統合、およびテストにおける最大の障害の一つは、ターゲットハードウェアや物理的な実験室が、常に誰もが利用可能な稼働状態にあるとは限らないこと、あるいはそれらへのアクセスに長い待ち時間が伴うことです。そのため、エンジニアはリファレンスボードやホストベースの開発など、理想的とは言えない代替手段で対応せざるを得ません。 Simics を使用すれば、チームメンバーなら誰でも、いつでも、世界中のどこからでも、必要な数のハードウェアを自由に利用できる仮想ラボをオンデマンドで構築できます。さらに、この仮想ラボはシステムの一部にとどまらず、システム全体を再現することが可能です。これにより、ユーザーはシステムの一部ではなく、完全なシステムという文脈の中で作業を行うことができます。

Intel および Simics は、Intel Corporation またはその子会社の商標です。