先日、新しいGarmin Forerunner 945スマートウォッチを見せびらかした。他のスマートウォッチに搭載されているほぼすべての機能を備えているので、友人たちは感心していた。彼らは、私が最後まで我慢していた1つの機能、つまり10日以上充電できることに圧倒された。彼らの時計はせいぜい3日だ。
Garmin Forerunner 945は、この小さなスペースに考えうる限りの機能を詰め込んでいる。
機能リストはかなり充実している。正直なところ、私が使っているのはほんの一握りだ。しかし、使っているものは本当に楽しい。私にとって重要な2つのアプリケーションは、どちらもGPSを使う必要があるが、さすがガーミン、完璧に機能する。1つ目は、ランニングの追跡機能だ。GPSは私がどこにいて、どこに行ったかを正確に把握し、ルートをうまくマッピングしてくれる。ランニングに関連するフィットネス関連の統計情報もすべて教えてくれる。
私が活用している2つ目のアプリケーションは、ゴルフをプレーするときの距離計とスコアカードだ。私のようなゲームでは、得られるアドバンテージは何でも利用する。ヤード以内のホールまでの距離を知ることはとても役に立つ。また、すべてのスコアを記録してくれるので、正直でいられます。
バッテリー寿命の最大化
Forerunner945が競合機種と決定的に異なるのは、バッテリーの持続時間です。その最大の理由は、卓越した技術もさることながら、Ambiq® Apollo2超低消費電力システム・オン・チップの採用です。2.5mm×2.5mmのApollo2は第2世代の部品で、動作周波数は10μA/MHzと、34μA/MHzだった前世代よりはるかに優れている。現在、Apollo3 Blueという新しいデバイスが利用可能で、このデバイスは電力仕様をさらに下げ、6μA/MHzに抑え、オンチップSRAMの量を増やしている。Blue」という名称は、超低消費電力のBluetooth®Low Energy 5コネクティビティ用の専用セカンドコアに関連しています。
Apollo2 SoCの心臓部には、Ambiqが特許を取得したサブスレッショルド電力最適化技術（SPOT®）と、浮動小数点演算ユニットを備えたArm® Cortex®-M4プロセッサが搭載されています。このデバイスは、最大1Mバイトのフラッシュメモリと256kバイトのRAMを内蔵しており、アプリケーションコードやアルゴリズム用のスペースを確保しながら、無線やセンサーのオーバーヘッドに対応します。
Xiaomi Mi Watch Colorも同じプロセッサーを搭載していると聞いているが、（まだ）分解する機会がないので確認できない。また、2週間の駆動時間を誇っているので、Ambiqプロセッサーの存在と関係があるのだろう。しかし、それはまた別の記事にすることにしよう。
興味深い余談：Ambiqプロセッサーを搭載したMatrix PowerWatchは、太陽電池を内蔵している。したがって、充電の必要はない。なかなかクールだ。私は先日のCESショーでこの製品を覗いた。
スペースが限られているため、ガーミンのデザイナーは本当にデバイスを詰め込んだ。最初の図はボードの表側、2つ目の図はバッテリーを取り外した裏側である。Ambiqデバイスは裏側の図の左上隅にある。
Garmin Forerunner 945の内部にはどのプロセッサーが搭載されているのでしょうか？図を見てわかるように、私は時計を分解した。1回の充電でこれほど長い時間駆動できるのは、そのためだ。Forerunner 945は、アメリカとカナダに分かれたガーミンのチームによって、そのほとんどが社内で設計されている。
私はこの時計が水中で使えることに感動した。スペックでは50mまで使用可能だという。また、フェイスにはコーニング社のゴリラガラスDXが採用されている。ベゼルは繊維強化ポリマー製だ。分解が難しかった理由がわかる。万力、ハンマー、そして鋭利なドライバーが（残念ながら）選ばれた道具だった。
ほとんどが現地加工
Apollo2 SoCは時計のセンサー処理を行い、そのデータをローカルで処理する。データを時計内に保持できる（処理のためにクラウドに出力する必要がない）ことは、多くのメリットをもたらす。最大の利点は、データをほぼリアルタイムで処理し、表示できることだ。また、時計を常に “コネクテッド “モードにしてバッテリーを消費させる必要もない。
データをローカルに保持することで、データが第三者に流出する必要がないため、ユーザーのセキュリティ上の懸念が緩和される。ユーザーはランニング、ゴルフ、その他の運動をすることができ、完了するとすぐにフィットネス計算が表示される。一般的に、腕時計がクラウドに戻るのは、データを長期的に保持するために、携帯電話、タブレット、PCなどの他のデバイスと同期するときだけだ。
このボードには、STマイクロエレクトロニクスが提供する2つ目のプロセッサーも搭載されている。このデバイスがディスプレイを駆動し、より高度なオペレーティング・システム、つまりディスプレイに関連する高度なアプリケーションを実行する。図1からわかるように、ディスプレイは十分な情報を提供し、5つのボタンで制御される。これらのボタンは、さまざまなアプリケーションの切り替えやバックライトの制御に役立つ。太陽光で可視化される半透過型メモリー・イン・ピクセル（MIP）LCDは、240×240ピクセルの表示が可能だ。
内部電圧レギュレーターを採用する部品ではよくあることだが、ガーミンのエンジニアが念頭に置かなければならなかった設計上の注意点の1つは、コンデンサーとインダクターをできるだけプロセッサーの近くに、非常に短いトレースで配置したいということだ。
十分なメモリー
その他のコンポーネントには、高度測定用の圧力センサー、心拍数モニター、GPSなどがある。ウィンボンド128MビットSDRAMは、消費電力を最小限に抑えるためにいくつかのユニークな機能を備えている。例えば、パーシャル・アレイ・セルフ・リフレッシュ（PASR）や自動温度補償セルフ・リフレッシュ（ATCSR）といった特殊機能をサポートしています。
基板の裏側には、キオクシア・アメリカ（旧東芝メモリー・アメリカ）製の128GビットNANDフラッシュメモリーが搭載されている。これで1000曲を保存することができる。メモリー・デバイスは完全同期モードで動作し、1.8V電源で動作する。もちろん、各無線（Wi-Fi®、Bluetooth、ANT+、GPS）用のアンテナもある。
Ambiqの技術担当者によると、ガーミンの設計者は宿題をきちんとこなし、Apollo2プロセッサーの可能性を最大限に引き出したという。両社は設計プロセスを通じて緊密に協力し合い、設計の重要な部分では週単位で連絡を取り合っていたという。なお、Ambiq社は、顧客やその製品についてコメントすることは許可されていないと私に明言した。しかし、同社はこの記事のためにいくつかのハイレベルな情報を提供してくれた。
Ambiqは、ハードウェア抽象化レイヤーと周辺機器の低レベルインターフェースドライバーを含むSDKをGarminのエンジニアに提供しました。Apollo2は標準的なArm Cortex-M4をベースにしているため、ほとんどのエンジニアにとって馴染み深いものです。Ambiqは、J-Linkインターフェースなどの標準的なコンパイラーや開発インターフェース、ツールを使用しています。
Forerunner945で消費される電力の大部分は、一般的に長時間点灯しないバックライトと、ランニング、ウォーキング、サイクリング、ゴルフ（ゴルフをワークアウトと考える人もいる）などのワークアウト中に長時間点灯する可能性のあるGPSの2つの領域から来ている。このデバイスの半反射型ディスプレイは、明るい照明の下で使用する場合、バックライトを必要としないので、電力を節約できる。心臓モニタリングに使用されるLEDは、一般的に常時点灯しているが、これはユーザーが設定できる。
最後に、3.8V、255mAhのバッテリーがpcbの裏側に接着されている。設計者はバッテリーをうまく収め、コンポーネントの上に直接置かれているため、時計に熱問題を起こさないようにした。
要するに、これほど多くの機能を搭載した時計を、限られた容積の中でデザインするのは、最高に難しいということだ。各コンポーネントのポテンシャルを最大化することが必須であり、ガーミンのデザイナーは明らかにそのタスクをこなしていた。
著者について
リチャード・ナスは、OpenSystems Mediaの取締役副社長です。彼の主な職務は、Webサイト、電子ニュースレター、印刷雑誌、デジタル雑誌、その他様々なデジタルおよび印刷活動を含む、OpenSystems Mediaの組込みおよびIoT製品ポートフォリオ全般の方向性を決めることです。また、同社のオンライン教育ポータルであるEmbedded Universityの開発にも貢献した。それ以前は、UBMの受賞歴のあるデザイン・ニュースのブランド・ディレクターを務めた。それ以前は、UBMキヤノンの医療機器グループのコンテンツチームを率い、米国、ヨーロッパ、アジアにおけるすべてのカスタムプロパティやイベントを統括していた。ナスはエンジニアリングOEM業界で25年以上のキャリアを持つ。それ以前は、EE Timesのコンテンツチームを率い、エンベデッドグループとカスタムグループ、設計エンジニアリングウェブサイトのTechOnline DesignLineネットワークを担当した。ニュージャージー工科大学でBSEEの学位を取得。
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出典：https://www.embedded-computing.com/home-page/smartwatch-boasts-two-weeks-on-a-charge#
先日、新しいGarmin Forerunner 945スマートウォッチを見せびらかした。他のスマートウォッチに搭載されているほぼすべての機能を備えているので、友人たちは感心していた。彼らは、私が最後まで我慢していた1つの機能、つまり10日以上充電できることに圧倒された。彼らの時計はせいぜい3日だ。
Garmin Forerunner 945は、この小さなスペースに考えうる限りの機能を詰め込んでいる。
機能リストはかなり充実している。正直なところ、私が使っているのはほんの一握りだ。しかし、使っているものは本当に楽しい。私にとって重要な2つのアプリケーションは、どちらもGPSを使う必要があるが、さすがガーミン、完璧に機能する。1つ目は、ランニングの追跡機能だ。GPSは私がどこにいて、どこに行ったかを正確に把握し、ルートをうまくマッピングしてくれる。ランニングに関連するフィットネス関連の統計情報もすべて教えてくれる。
私が活用している2つ目のアプリケーションは、ゴルフをプレーするときの距離計とスコアカードだ。私のようなゲームでは、得られるアドバンテージは何でも利用する。ヤード以内のホールまでの距離を知ることはとても役に立つ。また、すべてのスコアを記録してくれるので、正直でいられます。
バッテリー寿命の最大化
Forerunner945が競合機種と決定的に異なるのは、バッテリー駆動時間である。その最大の理由は、卓越した技術もさることながら、Ambiq Micro Apollo2超低消費電力マイクロプロセッサの採用だ。2.5mm×2.5mmのApollo2は第2世代のもので、動作周波数は10μA/MHzと、34μA/MHzだった前世代よりはるかに優れている。現在、Apollo3 Blueという新しいデバイスが利用可能で、このデバイスは電力仕様をさらに下げ、6μA/MHzに抑え、オンチップSRAMの量を増やしている。Blue」という名称は、超低消費電力のBluetooth Low Energy 5コネクティビティ用の専用セカンドコアに関連する。
Apollo2 SoCの心臓部には、Ambiqが特許を取得したサブスレッショルド電力最適化技術（SPOT）と、浮動小数点演算ユニットを備えたArm Cortex-M4プロセッサが搭載されています。このデバイスは、最大1Mバイトのフラッシュメモリと256kバイトのRAMを統合し、アプリケーションコードとアルゴリズム用のスペースを確保しながら、無線とセンサーのオーバーヘッドを収容します。
Xiaomi Mi Watch Colorも同じプロセッサーを搭載していると聞いているが、（まだ）分解する機会がないので確認できない。また、2週間の駆動時間を誇っているので、Ambiqプロセッサーの存在と関係があるのだろう。しかし、それはまた別の記事にすることにしよう。
興味深い余談：Ambiqプロセッサーを搭載したMatrix PowerWatchは、太陽電池を内蔵している。したがって、充電の必要はない。なかなかクールだ。私は先日のCESショーでこの製品を覗いた。
スペースが限られているため、ガーミンのデザイナーは本当にデバイスを詰め込んだ。最初の図はボードの表側、2つ目の図はバッテリーを取り外した裏側である。Ambiqデバイスは裏側の図の左上隅にある。
Garmin Forerunner 945の内部にはどのプロセッサーが搭載されているのでしょうか？図を見てわかるように、私は時計を分解した。1回の充電でこれほど長い時間駆動できるのは、そのためだ。Forerunner 945は、アメリカとカナダに分かれたガーミンのチームによって、そのほとんどが社内で設計されている。
私はこの時計が水中で使えることに感動した。スペックでは50mまで使用可能だという。また、フェイスにはコーニング社のゴリラガラスDXが採用されている。ベゼルは繊維強化ポリマー製だ。分解が難しかった理由がわかる。万力、ハンマー、そして鋭利なドライバーが（残念ながら）選ばれた道具だった。
ほとんどが現地加工
Apollo2 SoCは時計のセンサー処理を行い、そのデータをローカルで処理する。データを時計内に保持できる（処理のためにクラウドに出力する必要がない）ことは、多くのメリットをもたらす。最大の利点は、データをほぼリアルタイムで処理し、表示できることだ。また、時計を常に “コネクテッド “モードにしてバッテリーを消費させる必要もない。
データをローカルに保持することで、データが第三者に流出する必要がないため、ユーザーのセキュリティ上の懸念が緩和される。ユーザーはランニング、ゴルフ、その他の運動をすることができ、完了するとすぐにフィットネス計算が表示される。一般的に、腕時計がクラウドに戻るのは、データを長期的に保持するために、携帯電話、タブレット、PCなどの他のデバイスと同期するときだけだ。
このボードには、STマイクロエレクトロニクスが提供する2つ目のプロセッサーも搭載されている。このデバイスがディスプレイを駆動し、より高度なオペレーティング・システム、つまりディスプレイに関連する高度なアプリケーションを実行する。図1からわかるように、ディスプレイは十分な情報を提供し、5つのボタンで制御される。これらのボタンは、さまざまなアプリケーションの切り替えやバックライトの制御に役立つ。太陽光で可視化される半透過型メモリー・イン・ピクセル（MIP）LCDは、240×240ピクセルの表示が可能だ。
内部電圧レギュレーターを採用する部品ではよくあることだが、ガーミンのエンジニアが念頭に置かなければならなかった設計上の注意点の1つは、コンデンサーとインダクターをできるだけプロセッサーの近くに、非常に短いトレースで配置したいということだ。
十分なメモリー
その他のコンポーネントには、高度測定用の圧力センサー、心拍数モニター、GPSなどがある。ウィンボンド128MビットSDRAMは、消費電力を最小限に抑えるためにいくつかのユニークな機能を備えている。例えば、パーシャル・アレイ・セルフ・リフレッシュ（PASR）や自動温度補償セルフ・リフレッシュ（ATCSR）といった特殊機能をサポートしています。
基板の裏側には、キオクシア・アメリカ（旧東芝メモリー・アメリカ）製の128GビットNANDフラッシュメモリーが搭載されている。これで1000曲を保存することができる。メモリー・デバイスは完全同期モードで動作し、1.8V電源で動作する。もちろん、各種無線（WiFi、Bluetooth、ANT+、GPS）用のアンテナもある。
Ambiqの技術担当者によると、ガーミンの設計者は宿題をきちんとこなし、Apollo2プロセッサーの可能性を最大限に引き出したという。両社は設計プロセスを通じて緊密に協力し合い、設計の重要な部分では週単位で連絡を取り合っていたという。なお、Ambiq社は、顧客やその製品についてコメントすることは許可されていないと私に明言した。しかし、同社はこの記事のためにいくつかのハイレベルな情報を提供してくれた。
Ambiqは、ハードウェア抽象化レイヤーと周辺機器の低レベルインターフェースドライバーを含むSDKをGarminのエンジニアに提供しました。Apollo2は標準的なArm cortex M4をベースにしているため、ほとんどのエンジニアにとって馴染み深いものです。Ambiqは、標準的なコンパイラ、J-Linkインターフェースなどの開発インターフェースやツールを使用しています。
Forerunner945で消費される電力の大部分は、一般的に長時間点灯しないバックライトと、ランニング、ウォーキング、サイクリング、ゴルフ（ゴルフをワークアウトと考える人もいる）などのワークアウト中に長時間点灯する可能性のあるGPSの2つの領域から来ている。このデバイスの半反射型ディスプレイは、明るい照明の下で使用する場合、バックライトを必要としないので、電力を節約できる。心臓モニタリングに使用されるLEDは、一般的に常時点灯しているが、これはユーザーが設定できる。
最後に、3.8V、255mAhのバッテリーがpcbの裏側に接着されている。設計者はバッテリーをうまく収め、コンポーネントの上に直接置かれているため、時計に熱問題を起こさないようにした。
要するに、これほど多くの機能を搭載した時計を、限られた容積の中でデザインするのは、最高に難しいということだ。各コンポーネントのポテンシャルを最大化することが必須であり、ガーミンのデザイナーは明らかにそのタスクをこなしていた。
著者について
リチャード・ナスは、OpenSystems Mediaの取締役副社長です。彼の主な職務は、Webサイト、電子ニュースレター、印刷雑誌、デジタル雑誌、その他様々なデジタルおよび印刷活動を含む、OpenSystems Mediaの組込みおよびIoT製品ポートフォリオ全般の方向性を決めることです。また、同社のオ��ライン教育ポータルであるEmbedded Universityの開発にも貢献した。それ以前は、UBMの受賞歴のあるデザイン・ニュースのブランド・ディレクターを務めた。それ以前は、UBMキヤノンの医療機器グループのコンテンツチームを率い、米国、ヨーロッパ、アジアにおけるすべてのカスタムプロパティやイベントを統括していた。ナスはエンジニアリングOEM業界で25年以上のキャリアを持つ。それ以前は、EE Timesのコンテンツチームを率い、エンベデッドグループとカスタムグループ、設計エンジニアリングウェブサイトのTechOnline DesignLineネットワークを担当した。ニュージャージー工科大学でBSEEの学位を取得。
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出典：https://www.embedded-computing.com/home-page/smartwatch-boasts-two-weeks-on-a-charge#
