Innvevde systemer – Quo vadis? - Elektronikknett
Generic IoT image for FARA063

Innvevde systemer – Quo vadis?

Hva skjer innen såkalte innvevde (“embedded”) systemer i verden, og hva slags utvikling kan vi forvente i den nærmeste fremtiden?

Vi har sett på trender, innovasjoner og utfordringer i markedet for innvevde systemer, og har fått hjelp av Cliff Ortmeyer, sjef for teknisk markedsføring globalt hos Farnell, til å innhente markedskommentarer fra flere leverandører.

Sentralt punkt

Markedet for innvevde systemer befinner seg på et sentralt punkt i utviklingen. Smarte elektroniske produkter er i ferd med å bli grunnleggende for måten mennesker lever på. Vi har snakket med eksperter fra de største leverandørene av mikroprosessorer og mikrokontrollere, som mener dette gir store muligheter, men også utfordringer.

Er alle steder

Innebygde systemer gjennomsyrer allerede hverdagen vår. Mikroprosessorer og mikrokontrollere finnes i praktisk talt alle elektrisk drevne produkter som vi bruker. Dette allestedsnærværet er med på å forme noen av nøkkeltrendene innen innvevd systemutvikling, og driver både funksjonalitet og brukervennlighet.

Avhengig av hverandre

– Enheter vil lene seg på andre enheter, sier Geoff Lees, NXPs seniordirektør og leder for mikrokontrolleravdelingen, og peker på måten innebygde enheter kan benytte seg av nettverksgrensesnittene som mange av dem nå har: – De kan bruke sine evner til å kommunisere med hverandre, ikke bare for å utvide funksjonaliteten, men også for å gi dem muligheten til å lære av interaksjoner med brukere. Bruk av nettverksbasert intelligens vil forme fremtiden til innvevde systemer i mange forskjellige sektorer. Men det vil være sentrale markeder som driver disse endringene.

Smarthus
Renesas-smart-house-fig01-en Figur 1. Renesas ser smarthus som en viktig applikasjon for innvevde systemer.

Andy Harding, direktør for bredt baserte løsninger i Renesas Electronics, ser det smarte hjemmet som en av de viktigste applikasjonene for innvevde systemer i nettverk med muligheten til å lære: – Det er koblet til internett og [brukerens] smarttelefon. Så det vet når han/hun kommer og går. Den kjenner også værmeldingen. Det smarte hjemmet kan bruke denne informasjonen til å ta praktiske beslutninger om når du skal starte og stoppe varmesystemet, og som et resultat av dette være i stand til å spare ganske mye på energikostnadene.

Fra enkelt til intelligent

Enheter som f.eks. Google Home representerer nye klasser av smarte, innvevde systemer. Men elektronisk intelligens vil nå inn i eksisterende produkter som per i dag er ekstremt enkle. Endringene vil føre til nye måter å nærme seg markedet på, sier Øivind Loe, direktør for strategisk markedsføring hos Silicon Labs. – Belysning er et område der vi forventer å se nye forretningsmodeller, sier han.

Belysning som nettverk
Silabs-enhance-home-auto-webinar-2 Figur 2. Silicon Labs forbedrer hjem- og bygningsautomatisering med multiprotokoll, trådløs kommunikasjon.

LED-teknologien har funnet opp lyspæren på nytt, forklarer Loe. På ett nivå for belysningsprodusenter er dette en utfordring fordi "nå kjøper ikke folk flere pærer". Men det er også en mulighet. Gjennom teknologier som Bluetooth og LiFI har produsentene av lyspærer muligheten til å bli sentrale i den smarte bygningsrevolusjonen i både hjem og kommersielle eiendommer. Belysningsnettet kan, via trådløs kommunikasjonsteknologi, være vert for et nettverk som spenner over bygningen og gir tilgang til IoT-sensorer uansett hvor de er i strukturen. De kan bruke nye forretningsmodeller som inkluderer en rekke digitale tjenester som tilbys på abonnementsbasis, fra lokasjonstjenester til sikkerhet.

Smarte byer

– Smarte byer er også et veldig interessant område. For eksempel gjør smartmålere i Storbritannia folk i stand til å ta bedre beslutninger om hvordan de skal bruke energi, for eksempel å slå av lys når ingen er i nærheten, legger Loe til, og bemerker at utvikling av smarte byer samtidig kan gjøre det mulig å utnytte flere, utbredte sensorer for å forbedre sikkerheten.

Industri 4.0

Laurent Vera, markedsdirektør for EMEA i STMicroelectronics, sier overgangen til Industri 4.0 gir potensial for nye innvevde systemer. – Fabrikker utvikler seg i et veldig raskt tempo nå. Jeg ser veldig stort potensiale i dette markedet, sier han.

Nettverksbasert intelligens

For Lees er muligheten for å bruke nettverksbasert intelligens for å måle helsetilstanden til industrielt utstyr i sanntid en nøkkelfaktor. Denne informasjonen vil føre til høyere oppetid gjennom forebyggende vedlikehold og avansert feildiagnostikk. – På grunn av kostnadene ved driftsstanssituasjoner, tror jeg at antall diagnostikkløsninger vil være betydelig.

Mer intuitivt

Diagnostikkløsningene og tjenestene som tilbys av industrielle styrekretser vil bli støttet av langt mer intuitive brukergrensesnitt, som igjen krever mindre opplæring for operatørene som programmerer dem. Disse grensesnittene vil bruke de samme typer fasiliteter for tale- og bevegelsesgjenkjenning som er på vei inn i en rekke hjemmebaserte enheter. Alexa, Cortana og Google Home er alle eksempler på denne trenden, og selv om den første generasjonen av taleaktiverte hjemmesystemer hovedsakelig er representert av smarte høyttalere, er teknologien på vei til å bli en funksjon i mange andre produkter. Termostater og vaskemaskiner kan bli mye lettere å bruke hvis de er utstyrt med talegjenkjenningsteknologi.

Nye områder for AI

Kunstig intelligens (AI) er ikke begrenset til brukergrensesnittet. Lignende teknologier vil understøtte evnen industrielle enheter vil ha til å oppdage når det er sannsynlig at feil oppstår.

– Vi har ikke sett mye til maskinlæring, unntatt tale- og ansiktsgjenkjenning, i innvevde applikasjoner, sier Lees. – Men dette vil endre seg med et omfattende skifte mot bruk av heuristikk og maskinlæring. NXP bidrar til denne utviklingen, og støtter i første omgang stemmegjenkjenningsfunksjoner.

– Å jobbe med en rekke skyleverandører har gjort det mulig for oss å levere taletjenester til NXP-kunder. Vi jobber også med referansedesign for å hjelpe til med maskinlæring, og produserer sett for AI-utviklere. AI vil bli en del av programvareteknikk, ikke et eget felt, men det kan endre måten programvare blir utviklet på, sier Lees.

Problemer: Sikkerhet

I tillegg til fordelene, er det også potensielle problemer som reises med større evne og tilgjengelighet til smarte nettverksenheter. – Nå som nettilkobling er allestedsnærværende, blir data og nettverkssikkerhet avgjørende, sier Jack Ogawa, markedsdirektør i Microcontroller Business Unit i Cypress Semiconductor.

Loe er enig:– Det vil bli mye fokus på sikkerhet de neste fem årene, sier han, og hevder at det vil være viktig å tenke på sikkerheten gjennom hele produktets livssyklus, og hvordan det kan praktiseres. – Både tekniske løsninger og enkel implementering er viktig.

Ogawa mener at bevissthet rundt sikkerhet spenner fra brikker til fastvare og applikasjonsprogramvare, ikke bare lokalt, men i skyen. Videre er programmerbarhet et viktig krav for effektiv implementering.

Tre egenskaper

– Det er tre egenskaper ved et sikkert innvevd design: retningslinjer, kryptografi og sikker aktivabeskyttelse. Retningslinjene er brukerdefinert, så du trenger en programmerbar løsning for å støtte dem, sier han. Sensorer vil også bidra til bedre sikkerhet. – Mange retningslinjer er nå avhengige av autentisering med flere faktorer, ved hjelp av en tradisjonell sikker ressurs som et sertifikat og en fysisk faktor som beliggenhet, nærhet eller fingeravtrykk, forklarer Ogawa.

Tenk helhetlig
Cypress - PSoC 6 Three-Layer, Hardware-Based Security Isolation Figur 3. PSoC 6 trelags, maskinvarebasert sikkerhetsisolasjon.

Støtte fra kryptografiske akseleratorer vil sikre at innvevde enheter har ytelsen til å håndtere sikre funksjoner. Men generelt er det nødvendig med en helhetlig tilnærming. – Hvis det var en enkel måte å vurdere sikkerheten til en IoT-enhet og identifisere korrigerende tiltak som oppfyller krav til ytelse og ytelse, ville det være veldig verdifullt, bemerker Ogawa.

Lees mener standardisering vil være viktig. – Det er et bransjeproblem: enkeltprodusenter kan ikke gjøre det alene. Vi trenger også sertifisering, sier han.

Effektsparing

Med større grad av kapasitet introdusert i innvevde enheter, er energibruken potensielt større og definitivt mer kompleks. Talebehandling, for eksempel, må stratifiseres slik at prosessorintensiv AI-kode ikke prøver å behandle stillhet eller støy fra husholdningsapparater. Det er viktig å tillate et visst nivå av energibevissthet i disse applikasjonene, ettersom brukere ikke vil at hovedprosessoren alltid skal høre på alt. Alexa eller Ok Google-kommandoene kan typisk bli gjenkjent av laveffekt prosessorer med lavere ytelse, slik at øvrige prosessorer kan forholde seg passive for å spare strøm.

I dag er laveffekt egenskaper en egenart: et must-have. Men du har også et spekter av ytelsesmål. Hvert av dem har et laveffekt mål som skal nås. Vi anvender designteknikker på tvers av alle familier for å få den rette balansen, sier Lees.

Energihøsting

Fokuset på laveffektsdesign vil gjøre det mulig å lage enheter som bruker energihøsting fra omgivelsene for å levere all kraften de trenger, legger Lees til. Disse systemene vil bruke finkornet kraftsekvensering for å sikre at de ikke bruker mer enn det absolutte minimum som er nødvendig til enhver tid for å fullføre oppgavene.

Kompleksitet

Den større kompleksiteten i prosesseringen inne i fremtidens innvevde enheter trenger ikke å bety større vanskeligheter for utvikleren. Leverandørene er opptatt av å utvide brukerbasen gjennom enklere programmering.

– Jeg vil gjerne tilby verktøy som gjør det mulig for alle å bruke og programmere produktene våre, uten å måtte lære et dataspråk som C eller C ++, sier Vera.

Enklere utvikling

Produsentene gjør allerede det lettere å utvikle kode ved å utnytte mulighetene i skyen og unngå behovet for å kjøpe lisenser, installere programvare på lokale datamaskiner og utføre langtekkelige oppsett. I stedet kan utviklerne hente tjenester som kjører i skyen. Enklere tilgang til utvikling kombinert med mer kapabel maskinvare og AI-algoritmer vil åpne markeder.

Stort potensiale

– Vi har knapt nok begynt å skrape i overflaten av det som er mulig. I løpet av de neste ti årene vil vi se ting som vi ennå ikke kan forestille oss. Vi ser så mye potensiale: mer bekvemmelighet og verdi for forbrukerne, og avkastning for industrielle applikasjoner, avslutter Loe.

Kommentarer