Piața sistemelor embedded se află într-un moment extrem de important în evoluția sa. Produsele electronice inteligente devin fundamentale pentru modul în care trăiesc oamenii. Am vorbit cu experți de la principalii furnizori de microprocesoare și microcontrolere, care cred că acest lucru aduce oportunități majore, dar și provocări.
Sistemele embedded pătrund acum în viața de zi cu zi. Microprocesoarele și microcontrolerele se găsesc, practic, în fiecare produs alimentat electric pe care îl folosim. Această omniprezență contribuie la modelarea unora dintre tendințele cheie în dezvoltarea sistemelor embedded, determinând atât funcționalitatea, cât și ușurința în utilizare.
Figura 1: Casa inteligentă în viziunea Renesas.
“Dispozitivele se vor sprijini pe alte dispozitive”, spune Geoff Lees, ‘Senior Vice President and General Manager’ al departamentului de microcontrolere de la NXP, indicând modul în care dispozitivele embedded se pot folosi de interfețele de rețea pe care multe dintre acestea le au deja, acum. Asemenea sisteme își pot folosi abilitatea de a comunica între ele nu doar pentru a-și extinde funcționalitatea, ci și pentru a avea posibilitatea de a învăța din interacțiunile cu utilizatorii. Utilizarea inteligenței în rețea va modela viitorul sistemelor embedded în multe sectoare diferite. Dar vor exista piețe cheie, care vor propulsa aceste schimbări.
Andy Harding, ‘Director of Broad-Based Solutions’ la Renesas Electronics, consideră “casa inteligentă” una dintre aplicațiile principale pentru sistemele embedded în rețea, cu abilitatea de a învăța: “Este conectată la internet și la telefonul inteligent [al utilizatorului]. Deci, știe când acesta vine și pleacă. Știe și prognoza meteo.” Casa inteligentă poate folosi aceste informații pentru a lua decizii practice cu privire la momentul în care porniți și opriți sistemul de încălzire “și, prin urmare, economisiți destul de mult costurile cu energia”.
Figura 2: Silicon Labs îmbunătățește automatizarea locuințelor și clădirilor prin conectivitate wireless multiprotocol.
Dispozitive precum Google Home reprezintă o nouă clasă de sisteme embedded inteligente. Inteligența electronică va pătrunde în produsele existente care, astăzi, acestea au devenit extrem de simple. Schimbările vor duce la modalități noi de abordare a pieței, spune Oivind Loe, ‘Senior Manager of Strategic Marketing’, la Silicon Labs. “Iluminatul este un domeniu în care ne așteptăm să vedem noi modele de afaceri.”
Tehnologia LED a reinventat becul, explică Loe. Pentru producătorii din piața de iluminat, la un anumit nivel, aceasta este o provocare deoarece “acum oamenii nu cumpără mai multe becuri”. Dar este și o oportunitate. Prin tehnologii precum Bluetooth și LiFI, producătorii de becuri au acum șansa de a deveni extrem de importanți în revoluția ‘smart-building’ atât în zonele rezidențiale, cât și în cele comerciale. Rețeaua de iluminat poate, prin intermediul tehnologiilor de comunicații fără fir, să găzduiască o rețea care acoperă o clădire și oferă acces la senzorii IoT, indiferent unde se află aceștia în structură. Astfel, pot apărea noi modele de afaceri, care includ o varietate de servicii digitale furnizate pe bază de abonament, de la servicii de localizare, până la securitate.
“Orașul inteligent este, de asemenea, un domeniu foarte interesant. De exemplu, contoarele inteligente din Marea Britanie permit oamenilor să ia decizii mai bune cu privire la modul de utilizare a energiei, cum ar fi să oprească luminile atunci când nimeni nu este acasă”, adaugă Loe, menționând că orașele inteligente pot profita de senzori mai răspândiți pentru îmbunătățirea siguranței.
Laurent Vera, ‘EMEA Marketing Director’ pentru STMicroelectronics, spune că trecerea la Industria 4.0 oferă potențial pentru noi sisteme integrate. “Fabricile se dezvoltă într-un ritm foarte rapid acum. Văd un potențial foarte mare pe această piață.”
Pentru Lees, abilitatea de a utiliza informații de rețea pentru evaluarea în timp real a stării echipamentelor industriale este esențială. Aceste informații vor duce la creșterea timpului de funcționare, prin întreținere preventivă și diagnosticarea avansată a defecțiunilor. “Costurile mari generate de starea de nefuncționare a liniei de echipamente impun o creștere semnificativă a frecvenței diagnosticării acestora.”
Diagnosticarea și serviciile furnizate de controlerele industriale vor fi susținute de interfețe de utilizator mult mai intuitive care, la rândul lor, necesită mai puțină instruire pentru operatorii care le programează. Aceste interfețe vor utiliza aceleași tipuri de facilități de recunoaștere a vorbirii și a mișcării, care se regăsesc într-o gamă de dispozitive casnice. Alexa, Cortana și Google Home sunt exemple foarte bune ale acestei tendințe și, deși prima generație de sisteme cu acționare prin voce este reprezentată în principal de difuzoare inteligente, tehnologia este pe cale să devină o caracteristică pentru multe alte produse. Termostatele și mașinile de spălat ar putea deveni mult mai ușor de utilizat, dacă vor fi înzestrate cu facilități de recunoaștere a vorbirii.
Inteligența artificială (AI) nu este limitată la interfața cu utilizatorul. Tehnologii similare vor sta la baza abilității dispozitivelor industriale de a recunoaște probabilitatea apariției unei defecțiuni.
“Nu am văzut prea multe aplicații de învățare automată, cu excepția recunoașterii vocale și faciale în aplicațiile embedded”, spune Lees, dar lucrurile se vor schimba odată cu o tranziție semnificativă către utilizarea euristicii și învățării automate. NXP sprijină această mișcare, susținând, inițial, funcțiile de recunoaștere a vocii.
“Colaborarea cu o serie de furnizori de cloud ne-a permis să livrăm servicii de voce clienților NXP. De asemenea, lucrăm la proiecte de referință, ajutând la aplicații de învățare automată și producând kituri pentru dezvoltatori de AI. Inteligența artificială va deveni parte a ingineriei software, nu un domeniu separat, dar ar putea schimba modul în care se dezvoltă software-ul”, spune Lees.
Pe lângă beneficiile aduse de dispozitivele inteligente din rețea, există și probleme potențiale generate de creșterea capabilității și accesibilității acestora. Jack Ogawa, ‘Senior Director of Marketing’ la departamentul de microcontrolerele de la Cypress Semiconductor, spune: „Deoarece, acum, conectivitatea este omniprezentă, securitatea datelor și a rețelei este vitală.”
Loe este de acord: “Vom vedea mai mult accent pus pe securitate în următorii cinci ani”. El susține că va fi vital să ne gândim la securitatea pe întregul ciclu de viață al produsului și la modul în care acest lucru poate fi pus în practică. “Atât soluțiile tehnice, cât și ușurința implementării sunt importante.”
Ogawa spune nivelul de aplicare a securității în cip-uri, firmware și în aplicațiile software, trebuie gândit la nivel de cloud, nu doar local. În plus, programabilitatea este o cerință cheie pentru o implementare eficientă.
“Există trei proprietăți ale unui proiect embedded sigur: strategie, criptografie și protecție securizată a activelor. Strategia este definită de utilizator, deci aveți nevoie de o soluție programabilă pentru a o sprijini.” Senzorii vor contribui, de asemenea, la o mai bună securitate. “Multe strategii se bazează acum pe autentificare prin mai mulți factori, folosind un element tradițional securizat, cum ar fi un certificat și un factor fizic, cum ar fi locația, proximitatea sau amprenta digitală”, explică Ogawa.
Suportul dat de acceleratoarele criptografice va asigura că dispozitivele embedded dispun de capabilitatea de a gestiona funcții sigure. Dar, în general, este nevoie de o abordare holistică. “Dacă ar exista o modalitate ușoară de a evalua securitatea unui dispozitiv IoT și de a identifica acțiunile corective, care îndeplinesc cerințele de cost și performanță, ar fi extraordinar”, notează Ogawa.
Lees spune că standardizarea va fi importantă. “Este o problemă în industrie: producătorii individuali nu o pot face singuri. De asemenea, avem nevoie de certificare.”
Figura 3: PSoC 6 Izolarea pe trei straturi a securității (bazată pe hardware).
Odată ce dispozitivele embedded vor dispune de capabilități mai mari, consumul lor de putere va fi mai mare și, cu siguranță, mai complex. Procesarea vorbirii, de exemplu, trebuie să fie stratificată astfel încât codul AI de procesare intensivă să nu încerce să proceseze și ‘tăcerea’ sau zgomotul dat de aparatele de uz casnic. Este important să permiteți un anumit nivel de conștientizare a puterii în aceste aplicații, deoarece utilizatorii nu doresc ca procesorul principal să ‘asculte’ totul. Comenzile Alexa sau Ok Google tind să fie recunoscute de procesoarele cu consum redus de putere și performanță mai mică, ceea ce le permite tuturor celorlalte procesoare să rămână oprite, pentru a economisi energie.
Lees spune: “Astăzi, puterea redusă este un element intrinsec: un ‘must-have’. Dar aveți și un spectru de obiective de performanță. Fiecare dintre acestea trebuie să fie atinse cu un consum mic de putere. Folosim tehnici de proiectare pentru toate familiile de dispozitive pentru a obține echilibrul corect.”
Accentul pe proiectarea cu consum redus de putere va permite crearea de dispozitive care utilizează recoltarea energiei din mediu, pentru a benefia de toată puterea de care au nevoie, adaugă Lees. Aceste sisteme vor utiliza secvențierea fină a puterii, pentru a se asigura că nu consumă mai mult decât minimul absolut necesar, în orice moment, pentru a-și îndeplini sarcinile.
Complexitatea mai mare de procesare în interiorul dispozitivelor embedded din viitor nu trebuie să se traducă printr-o dificultate mai mare pentru dezvoltator. Furnizorii sunt interesați să-și extindă baza de utilizatori printr-o programare mai simplă.
“Dorim să oferim instrumente care să permită oricui să utilizeze și să programeze produsele noastre fără a fi nevoie să învețe un limbaj pentru computer precum C sau C++”, spune Vera.
Producătorii fac în așa fel încât ca dezvoltarea de cod să fie simplificată, valorificând puterea cloud-ului și evitând nevoia de a cumpăra licențe, instala software pe computerele locale și efectua configurări îndelungate. În schimb, dezvoltatorii pot apela, pur și simplu, la serviciile care rulează în cloud. Accesul mai ușor la dezvoltare, împreună cu un hardware mai capabil și algoritmi AI va deschide piețele.
Loe concluzionează: “Nu am expoatat toate posibilitățile. În următorii zece ani vom vedea lucruri pe care, încă, nu ni le putem imagina. Există atât de mult potențial: mai mult confort și valoare pentru consumatori și rentabilitate investițională pentru aplicațiile industriale.”
Farnell element14 | ro.farnell.com
