Pandemia Covid-19 a agitat industria embedded, mai ales prin trecerea spectaculoasă la mai multă automatizare, detecție și procesare la marginea rețelei (edge processing) cu ajutorul învățării automate (machine learning).
Autor: Rod Drake, Vice Președinte – Microchip Technology ▶
În timp ce clienții și-au accelerat planurile de digitalizare, industria semiconductorilor se străduiește să țină pasul cu cererea. Acest lucru înseamnă că flexibilitatea este esențială, de la proiectarea unei plăci sau a unui sistem până la întregul lanț de aprovizionare. Acest lucru va fi mai evident prin provocările cu care se va confrunta industria pe parcursul anului 2022.
Pentru a face față acestor provocări va fi nevoie nu numai de flexibilitate în ceea ce privește modul în care este implementată procesarea la periferia rețelei, tipurile de dispozitive și tehnicile care sunt utilizate, ci și de modalitatea în care sunt implementate sistemele edge în cadrul IoT. Gama largă de tehnologii Microchip, împreună cu propria capacitate de producție, oferă un avantaj în a putea livra tehnologia de care au nevoie clienții finali.
Un exemplu este dat de senzorii de imagine inteligenți cu învățare automată locală utilizând FPGA-uri programabile. Astfel, algoritmii cheie de învățare automată pentru procesarea imaginilor la marginea sistemului, sunt plasați de către camerele de luat vederi, în loc să se trimită fluxuri de date către cloud. Acest lucru reduce latența de răspuns, consumul de energie și cerințele de date în rețeaua IoT.
Utilizarea FPGA-urilor permite, de asemenea, inginerilor să își dezvolte propriile metode de învățare automată sau să le ajusteze pe cele existente pentru aplicația lor specifică. Acest lucru poate oferi mai multă eficiență pentru aplicații specifice la limita rețelei, de la detectarea defectelor pentru controlul calității pe o linie de producție și până la sisteme de control.
De exemplu, cea mai recentă platformă de dezvoltare FPGA de la Microchip adaugă noi senzori cu o interfață care leagă camerele industriale cu 1 Gbps per lane, primind în același timp până la 1,5 Gbps per lane. Există o cerere din ce în ce mai mare pentru interfețe cu performanțe mai mari, deoarece dezvoltatorii folosesc camere cu rezoluție mai mare pentru a capta mai multe detalii și trebuie să efectueze procesarea la nivel local. Astfel se evită supraîncărcarea rețelei locale și se permite o creștere a productivității cu infrastructura existentă.
În timp ce rețelele Ethernet de mare viteză sunt din ce în ce mai frecvente în aplicațiile industriale periferice (edge), o soluție FPGA la marginea rețelei permite, de asemenea, dezvoltatorilor să configureze sistemul pentru o rețea industrială specifică, cum ar fi Profibus și Hart. Flexibilitatea de a adăuga protocoale de rețea la un FPGA reduce dimensiunea și complexitatea nodurilor de rețea și a gateway-urilor, iar aceasta este o tendință cheie pentru 2022 și mai departe.
Totodată, învățarea automată poate fi implementată pe o gamă largă de microcontrolere pentru aplicații precum întreținerea predictivă la periferie. Microchip colaborează îndeaproape cu dezvoltatorii de algoritmi software pentru a rula coduri sofisticate de recunoaștere a tiparelor pe microcontrolerele aflate în apropierea senzorilor. Acestea permit o monitorizare la nivel local a echipamentelor, identificând tipare în date care pot indica dacă echipamentul începe să se defecteze, chiar și localizarea problemei.
Acest lucru permite ca utilajele să fie scoase din funcțiune în mod organizat, ca parte a întreținerii programate, cu timp pentru a comanda piese de schimb. Astfel se evită defecțiunile neașteptate care pot duce la oprirea unei linii de producție și pot costa milioane de USD în pierderi de producție, afectând programele de livrare către clienți.
Aceste structuri de învățare automată se îmbunătățesc în mod constant, folosind date de la furnizori sau din aplicația însăși, sporind precizia detectării și clasificării semnalelor și îmbunătățind performanța sistemului în ansamblu.
Datele de nivel înalt de la aceste sisteme periferice sunt, de asemenea, redirecționate către serviciile cloud, a căror importanță va crește în 2022 și, prin urmare, securitatea este, de asemenea, esențială pentru aceste sisteme.
Având în vedere că tot mai multe dispozitive sunt conectate prin intermediul IoT, proiectanții își dau seama că aplicațiile sunt vulnerabile, iar nodurile terminale sunt, în general, foarte susceptibile la atacuri de securitate. Acest lucru determină cererea de actualizări OTA (over the air) pentru a menține la zi securitatea dispozitivelor IoT aflate la periferie.
Actualizările OTA sunt, practic, o caracteristică obligatorie în prezent, iar aceasta are nevoie de securitate, în caz contrar rețeaua este deschisă pentru ca cineva să introducă cod necalificat într-un nod edge. Microchip colaborează cu toți marii furnizori de cloud și aderă la cele mai recente standarde de securitate. Acesta este un domeniu care se dezvoltă rapid și va continua să crească și în 2022.
Siguranța funcțională se mută, de asemenea, în aplicațiile industriale, preluând metodologiile de proiectare utilizate pentru tehnologiile de asistență pentru șoferi și pentru mașinile fără șofer în vederea aplicării lor la nivelul fabricii.
O mulțime de industrii au adoptat standardul de calitate ISO9000 după exemplul din industria auto, iar Microchip consideră că același lucru se va întâmpla și cu standardul ISO26262, care va fi aplicat la proiectele industriale. Abilitatea de a înțelege la nivel de sistem modul în care ceva urmează să cedeze și ce se va întâmpla apoi sau dacă va ceda fără să creeze alte riscuri definește cel mai avansat și mai răspândit standard din industria auto și reprezintă, în același timp, tehnologia cheie pentru edge IoT în 2022 și în viitor.
În 2022 vor continua să existe constrângeri în ceea ce privește disponibilitatea componentelor, iar acest lucru înseamnă că este esențială comunicarea cu furnizorii. Microchip a colaborat mereu cu clienții în ceea ce privește proiectele lor, iar acest aspect va fi principalul obiectiv pentru anul în curs. Deoarece Microchip dispune de propria capacitate de producție, are un control mai mare asupra disponibilității componentelor, iar programabilitatea microcontrolerelor și a FPGA-urilor oferă dezvoltatorilor mai multă flexibilitate în evitarea constrângerilor de aprovizionare.
Este evident că digitalizarea joacă un rol vital în proiectarea industrială, în special la periferia aplicației și că aceasta va continua să fie un motor important de creștere. De la senzori inteligenți situați la marginea rețelei, cu interfețe de mare viteză și procesare FPGA, până la algoritmi de învățare automată care rulează pe microcontrolere, există multe opțiuni diferite pe care clienții le pot lua în considerare.
Colaborarea strânsă cu furnizorii de semiconductori, cum ar fi Microchip, va fi esențială pentru a asigura implementarea cu succes a sistemelor edge IoT. O comunicare anticipată și o planificare detaliată vor ajuta lanțul de aprovizionare să livreze tehnologiile necesare pentru abordarea aplicațiilor edge IoT care apar din ce în ce mai mult în toată lumea.
Microchip Technology | https://www.microchip.com
