技術革新による組み込みソフトウェアの現在と未来

スマートフォンから自動車、家電製品まで、私たちの身の回りにあるほとんどの電子機器には「組み込みソフトウェア」が搭載されています。この目に見えないソフトウェアは、製品の中核となる機能を制御し、ハードウェアの性能を最大限に引き出す重要な役割を担っています。近年では、IoTの進展や製品の高度化に伴い、組み込みソフトウェアの重要性はますます高まっています。本記事では、組み込みソフトウェアの基礎から開発プロセス、最新動向まで、製品開発に携わる方々に役立つ情報をご紹介します。

 

組み込みソフトウェアとは

組み込みソフトウェアとは、特定の機器やシステムに組み込まれ、その機器の制御や動作を担うソフトウェアのことを指します。パソコンなどの汎用機器向けソフトウェアと異なり、特定の目的や機能に特化して設計されており、高い信頼性と安定性が求められます。また、限られたハードウェアリソース（メモリ、CPU性能など）の中で効率的に動作する必要があるため、最適化された設計と実装が不可欠です。さらに、一度製品に組み込まれると更新や修正が困難な場合が多いため、開発段階での徹底した品質管理が重要となります。

高品質な組み込みソフトウェア開発にはエンジニアの高い専門性が欠かせません。「組み込みエンジニアの役割や必要スキルとは？将来性や市場価値について解説」をご覧ください。

組み込みソフトウェアの代表例

私たちの生活に密接に関わる組み込みソフトウェアの代表例をご紹介します。

例えば自動車では、エンジン制御システムやABS（アンチロックブレーキシステム）、ESC（横滑り防止装置）、ADAS（先進運転支援システム）などが該当し、車両の安全性と快適性を支えています。家電製品では、エアコンの空調制御や洗濯機の水量制御、冷蔵庫の温度管理など、きめ細かな制御を実現。また、産業機器の分野では、製造ラインのロボット制御や検査装置の画像処理など、高度な制御と処理を担っています。

これらの組み込みソフトウェアは、それぞれの製品特性に応じて最適化され、高い性能と信頼性を実現しています。

製品	代表例
自動車	エンジン制御システム、ABS、ESC、ADASなど
エアコン	空調制御、省エネ制御、スマートフォン連携など
冷蔵庫	温度管理、省エネ制御、遠隔操作など
産業機器	ロボット制御、画像処理など
医療機器	心拍数や病気の検知、呼吸補助など

自動車に搭載されている組み込みソフトウェアである車載ソフトウェアについて詳しくは「【開発事例あり】車載ソフトウェアの最新動向と今後の展望」をご覧ください。

 

組み込みソフトウェアの使用言語

組み込みソフトウェア開発では、主にC言語が使用されています。C言語は組み込みソフトウェア開発において世界中で広く使用されている言語です。C言語はCPUやメモリ管理など、ハードウェアを直接制御するプログラムの設計が容易なため、限られたリソースを最大限に活用できます。また、アセンブリ言語に近い低レベルの処理が可能であり、ハードウェアの細かな制御を実現できます。さらに、古くから使用されているため豊富な開発実績があり、多くの開発者が習熟していることも、C言語が選ばれる大きな理由となっています。

また、近年、Rust言語が組み込みソフトウェア開発の新たな選択肢として注目を集めています。Rustは、高いメモリ安全性と処理速度の速さ、高い並行性を兼ね備えたプログラミング言語であり、Microsoft社はRustを「C言語やC++言語に代わる最有力のプログラミング言語」と評価し、Google社やその他さまざまな企業から積極的に採用されています。組み込みソフトウェア開発において、セキュリティの重要性が高まる中、Rustは安全性と性能を両立させた次世代言語として、今後さらに普及していくことが期待されています。

 

組み込みソフトウェア開発の流れ

組み込みソフトウェアの開発は、製品の信頼性と安全性を確保するため、体系的なプロセスに従って進められます。開発の各フェーズでは、ハードウェアとソフトウェアの両面を考慮した綿密な計画と検証が必要です。特に車載システムや産業機器などでは、高い品質基準を満たすため、各工程での厳密な管理が求められます。

要件定義

要件定義では、製品に求められる機能や性能、制約条件を明確化します。ハードウェアの仕様、動作環境、安全基準、コスト目標などを考慮しながら、具体的な要求仕様をまとめます。この段階で要件を詳細に検討することで、後工程での手戻りを防ぎ、効率的な開発を実現できます。

設計

設計フェーズでは、要件定義を基に、ソフトウェアの構造や動作を具体化します。まずアーキテクチャ設計でソフトウェアの全体構造とモジュール分割を決定し、続く詳細設計で各モジュールの仕様や処理内容を定義します。この過程では、ハードウェアとの連携やリアルタイム性など組み込みシステム特有の要件に加え、将来の保守性も考慮した設計を行います。

実装

実装フェーズでは、設計書に基づいてプログラムのコーディングを行います。組み込みソフトウェアでは、限られたリソースで効率的に動作するよう、最適化されたコードの実装が必要です。また、品質管理の観点から、コーディング規約の遵守やコードレビューの実施も求められます。

検証

検証フェーズでは、実装されたソフトウェアが要件を満たしているかを段階的に確認します。まず単体テストで個々のモジュールの動作を検証し、続く結合テストでモジュール間のインターフェースや連携を確認します。最後のシステムテストでは、実運用環境に近い条件下でソフトウェア全体の動作や性能を検証します。これらのテストを体系的に実施することで、ソフトウェアの品質を確保します。

ソフトウェアテストについて詳しくは「ソフトウェアテストとは？基本概要から最新動向までを詳しく解説」をご覧ください。

リリース・メンテナンス

最終的な品質確認を経てリリースされた後も、製品の安定稼働を維持するためのメンテナンスが続きます。バグ修正や機能改善、セキュリティ対策など、必要に応じてソフトウェアの更新を行います。また、市場からのフィードバックを収集し、次期製品開発への知見として活用します。

 

組み込みソフトウェア開発の現在と未来

モビリティから家電まで、あらゆる製品に搭載される組み込みソフトウェアの重要性は年々高まっています。そこで、組み込みソフトウェア開発の最新動向と今後の展望や可能性について解説します。

組み込みソフト開発の最新動向

近年の組み込みソフトウェア開発において最も注目すべき点は、ソフトウェアを中心とした製品開発の広がりです。先述したようにソフトウェアは製品の中核機能を制御し、ハードウェアの性能を最大限に引き出す役割を担っており、その重要性はより一層高まっています。例えば家電業界では「スマート家電」が代表例です。スマート家電とは、従来の家電製品に通信機能やセンサー、高度な制御機能を搭載し、ユーザーの生活をより便利で快適にする家電製品のことです。最新の冷蔵庫は内蔵カメラで食材を認識して在庫管理や消費期限の通知を行い、電子レンジも食材の種類や重量を検知して最適な加熱条件を自動設定できます。また、従来は単純な機能しか持たなかった電気ポットや炊飯器も、温度や湿度を細かく制御するための組み込みソフトウェアによって高度な調理機能を実現しています。今後は、すでに実用化されているAI技術の精度がさらに向上し、私たち一人ひとりの生活習慣に合わせたパーソナライズされた体験を提供することが期待されています。

また、自動車業界では、SDV（ソフトウェア定義型自動車：Software Defined Vehicle）という概念が急速に広まっています。これは、クルマの内部と外部との間の双方向通信機能を活用し、販売後もソフトウェアのアップデートによって機能拡張や性能向上が可能な自動車を指します。

こうした変化に伴い、開発プロセスも大きく変わりつつあります。従来は販売時の価値を最大化することに重点が置かれていましたが、近年では販売後にインストールされる可能性のある膨大なアプリケーションや追加サービスを想定した「先を見越した」開発が求められています。

さらに安全性の確保も重要な課題です。特に人命に関わる自動車では、ソフトウェアとハードウェアの両面でエラーを防止し、万が一エラーが発生しても安全に処理を継続できるシステム設計が不可欠となっています。

このような複雑で高度な開発を一社で完結させることは難しく、企業間の連携が活発化しています。例えば、デンソーとNTTデータの包括提携は、ハードウェアとソフトウェアの融合に強みを持つデンソーと、サーバー技術やAI技術、サイバーセキュリティに優れたNTTデータの強みを組み合わせることで、SDV時代に求められる大規模・高度な車載ソフトウェアの開発を目指すものです。

技術革新による組み込みソフトウェアの可能性

組み込みソフトウェアの世界は、AI、IoT、5Gなどの技術革新によって、これまで想像もできなかった可能性が広がっています。特にAI技術の進化は組み込みシステムに大きな変革をもたらしています。例えばChatGPTのような生成AIの登場により、「クルマが意思をもって自分の相棒になる」という夢が現実に近づいているのです。このようにAIの搭載によって、複雑な機能でもユーザーが直感的に使いこなせるようになり、テクノロジーと人間の距離が縮まっています。

また、ネットワーク接続性の向上により、デバイス同士の通信や連携も進化しています。自動車業界では、車車間通信や路車間通信が一般的になりつつあり、これによって交通の効率化や安全性の向上が期待されています。具体的には渋滞情報のリアルタイム共有による交通の最適化や、事故防止のための車両間の情報交換など、社会課題の解決にも貢献できる可能性を秘めています。

しかし、こうした可能性を実現するためには、クルマ単体やネットワーク・クラウド単体では限界があります。真の社会課題解決には、それぞれの領域に強みを持つ企業が連携し、クルマとネットワーク・クラウドを融合させたソリューションを構築することが重要です。グローバルなソフトウェアリソースの拡充、高度な人材育成、開発支援基盤の整備、社会課題解決への共同取り組みなど、包括的なアプローチが求められています。

将来的には、自動運転の普及によってモビリティ社会は劇的に変化するでしょう。その過渡期において、組み込みソフトウェアの役割はさらに重要性を増し、新たなモビリティ社会の基盤を形成していくことになるでしょう。

自動運転やモビリティサービスについて詳しくは「【最新動向】自動運転技術におけるAI活用の現状と今後の展望を詳しく解説」「モビリティサービスの展望：持続可能な移動社会の実現」をご覧ください。

 

企業間連携がもたらす新たなビジネスチャンスをつかむ

組み込みソフトウェアは現代の電子機器の核となる技術であり、さまざまな業界でハードウェア中心からソフトウェア中心の製品開発へと移行が進んでいます。開発環境の高度化・複雑化に伴い、単独企業での対応が困難になっているため、企業間連携が活発化しています。今後は各企業の強みを活かした包括的なアプローチが、新たな価値創出とビジネスチャンスをもたらすでしょう。

NTTデータMSEは、車載システムから家電製品、医療機器まで、幅広い分野で高品質な組み込みソフトウェア開発を支援しております。ぜひお気軽にご相談ください。