2022-es kilátások – az IoT „peremvidékén”
A világjárvány felgyorsítja
az átállást a gépi tanulásra és
az élvonalbeli IoT-re
Napjaink trendjei a pandémiától a digitalizáció és hálózatosodás rohamos térnyerésén át az általános csiphiányig érzékenyen érintik – szinte minden más mellett – a teljes elektronikai és informatikai iparágat is. A Microchip Technology magas szintű vezetője arról osztja meg gondolatait, hogyan lehet érdemi választ találni a kihívásokra a félvezetőgyártók és a felhasználók szoros együttműködését is latba vetve az idei esztendőben.
A Covid-19 világjárvány felrázta a beágyazott iparágat, és ezen belül is nem utolsósorban a gépi tanulással történő automatizálás, érzékelés és élvonalbeli jelfeldolgozás felé történt drámai elmozdulás. Miközben a felhasználók felgyorsították digitalizálási terveiket, a félvezetőipar nehezen tud lépést tartani a kereslettel. Ez azt jelenti, hogy kulcsfontosságú a rugalmasság az áramköri kártyák vagy rendszerek tervezésétől kezdve az egész ellátási lánc mentén. Ezt még nyilvánvalóbbá teszik azok a kihívások, amelyekkel az iparágnak 2022-ben szembe kell néznie.
Az iparág úgy tud megfelelni ezeknek a kihívásoknak, ha nemcsak az élvonalbeli feldolgozás megvalósításának, a használt eszközök és technikák típusainak, hanem az IoT legkorszerűbb rendszereinek bevezetése során is megköveteli a rugalmasságot. A Microchip saját gyártási képességgel rendelkező technológiáinak széles skálája előnyt jelent a végfelhasználók számára szükséges technológiák szállítása során. Ennek egyik példája a helyi gépi tanulásra képes intelligens képérzékelők megvalósítása programozható FPGA-platformon. Ez a képfeldolgozás kulcsfontosságú gépi tanulási algoritmusait az érzékelő végpontjaiban, a kamerákban valósítja meg ahelyett, hogy feldolgozatlan adatfolyamokat küldene a felhőbe. Ez csökkenti az IoT-hálózaton a válasz késleltetését, a teljes rendszer energiafogyasztását és a továbbítani szükséges adatmennyiséget. Lehetővé teszi továbbá az FPGA-k használata azt is, hogy a mérnökök akár saját fejlesztésű gépitanuló-algoritmusokat fejlesszenek ki, akár a meglévőket igazítsák az adott alkalmazásukhoz. Ez nagyobb hatékonyságot biztosíthat a végponti, specifikus alkalmazásokhoz, a gyártósori minőségellenőrzéshez szükséges hibaészleléstől a vezérlőrendszerekig.
Például a legújabb Microchip FPGA fejlesztői platform olyan új interfészeket biztosít, amelyekkel az érzékelő ipari kamerák csatornánként 1 Gbit/s sávszélességgel tudnak adatfolyamot küldeni, miközben csatornánként akár 1,5 Gbit/s sávszélességgel fogadhatnak adatokat. Egyre nagyobb az igény a nagyobb teljesítményű interfészek iránt, mivel a fejlesztők nagyobb felbontású kamerákat használnak a részletgazdagabb képek rögzítése érdekében, és ennek a feldolgozását már érdemes helyben végrehajtani. Ezzel elkerülhető a helyi hálózat túlterhelése, és a meglévő infrastruktúrával is lehetővé válik a termelékenység növelése.
Míg a nagysebességű Ethernet hálózatok egyre elterjedtebbek az ipari végponti alkalmazásokban, a végpontokba épített FPGA-megoldás azt is lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy a rendszert meghatározott ipari terepbuszhálózatokhoz, például a Profibushoz és a Harthoz is konfigurálják. A hálózati protokolloknak az FPGA-k rugalmasságát kihasználó megvalósítása csökkenti a hálózati végpontok és átjárók méretét és összetettségét, amely a 2022-es és az azt követő évek egyik kulcsfontosságú trendje.
A gépi tanulás a mikrokontrollerek széles skáláján is megvalósítható olyan alkalmazásokban, mint a terepi vagy gyártóművi végpontokon történő prediktív karbantartás. A Microchip a szoftveralgoritmusok fejlesztőivel szorosan együttműködve teszi lehetővé, hogy kifinomult mintafelismerő kódot lehessen futtatni az érzékelők közelébe telepített mikrovezérlőkön. Ezek által lehetővé válik a berendezések helyi szintű megfigyelése, felismerve az adatokban azokat a mintákat, amelyek alapján nemcsak a berendezés várható meghibásodása, de még a probléma helye is előre jelezhető. Ez lehetővé teszi, hogy a gépeket a tervezett karbantartás részeként, szervezett módon lehessen üzemen kívül helyezni, és még időben megrendelni a cserealkatrészeket. Ezzel elkerülhetők a váratlan meghibásodások, amelyek nem tervezett módon állíthatják le a gyártósort, és több millió dollárba kerülhet a termeléskiesés, ami egyben az ügyfelek szállítási ütemezését is felborítja.
Ezeknek a gépi tanulási keretrendszereknek a teljesítőképessége folyamatosan javul, felhasználva a beszállítóktól vagy magától az alkalmazástól származó adatokat, növelve ezáltal a jelek észlelésének és kategorizálásának pontosságát, valamint fokozva a teljes rendszer teljesítményét.
Az ilyen végponti rendszerekből származó magas szintű adatokat visszacsatolják a felhőszolgáltatásokba is, amelyek jelentősége 2022 folyamán is egyre növekszik. Ezért ezeknek a rendszereknek a biztonsága is kulcsfontosságú. Az a trend, amelynek eredményeképpen egyre több eszköz csatlakozik az IoT-n keresztül, felhívja a tervezők figyelmét, hogy az alkalmazások sebezhetők, „túszul ejthetők", és a terepi végpontok általában különösen védtelenek az adatbiztonság elleni támadásokkal szemben. Ez növeli a keresletet a helyszíni karbantartást nem igénylő OTA- (On the Air) rendszerfrissítések iránt az IoT-eszközök biztonságának naprakészen tartása érdekében. Az OTA-frissítések ma már alapvetően kötelező szolgáltatások, és ehhez adatbiztonságra van szükség, különben a hálózat nyitva áll mindazok előtt, akik illetéktelen, rosszindulatú kódot akarnak beültetni egy terepi végpontba. A Microchip minden jelentős felhőszolgáltatóval kapcsolatot tart, és a legújabb biztonsági szabványokat alkalmazza. Ez ugyancsak egy gyorsan növekvő terület, amelynek bővülése 2022-ben is folytatódik majd.
A funkcionális biztonság az ipari alkalmazásokba is beköltözik, átveszi a járművekben már alkalmazott vezetéstámogató technológiák – és a vezető nélküli autók – tervezési módszereit, és ennek tapasztalatait alkalmazza a gyártóüzemekben. Sok iparág követte az automotív ipart már az ISO 9000 minőségi szabvány elfogadásában is, és a Microchip úgy látja, hogy ugyanez történik majd az ipari tervezésre általában vonatkozó ISO 26262 szabványra történő átállással. Az a képesség, hogy megértsük, hogy a rendszerben valami hogyan fog meghibásodni, az milyen következményekkel jár és veszélyezteti-e a biztonságos működést, a legérettebb és legelterjedtebb formában jelenleg az autóiparban van kidolgozva, és ennek mintájára válik az IoT-hálózat „peremvidékén” is alapvető fontosságú technológiává 2022-ben és az azt követő években.
Az iparág ebben az évben is szembesül az alkatrészek korlátozott beszerezhetőségének problémájával, ami fokozza a beszállítók és a felhasználók közötti kommunikáció fontosságát. A Microchip mindig is szorosan együttműködött ügyfeleivel már a betervezéstől kezdve, és ez kiemelt terület marad az idei évben is. Mivel a Microchip rendelkezik saját gyártókapacitással, jobban tudja felügyelni az alkatrészek elérhetőségét, a mikrovezérlők és FPGA-k programozhatósága pedig nagyobb rugalmasságot biztosít a fejlesztőknek az ellátás szűk keresztmetszeteinek elkerülésére alkalmas megoldások kidolgozásához.
Egyértelmű, hogy a digitalizáció az ipari tervezés létfontosságú része, különösen a végpontokon, és ez továbbra is a növekedés jelentős motorja lesz. A hálózat „peremét” alkotó intelligens érzékelők nagy sebességű interfészeitől az FPGA-alapú jelfeldolgozáson át a mikrokontrollereken futó gépi tanulási algoritmusokig számos különféle lehetőség áll az ügyfelek rendelkezésére.
A félvezető-beszállítókkal, például a Microchippel való szoros együttműködés az idén is kiemelt fontosságú lesz az IoT-rendszerek végpontjainak sikeres bevezetésében. Az alkatrészgyártó és a felhasználó között a tervezés korai fázisától a részletes tervezésig tartó kommunikáció elősegíti, hogy az ellátási lánc olyan technológiákat tudjon megvalósítani, amelyek ahhoz szükségesek, hogy a végtermékek megfelelhessenek a gyors fejlődés minden követelményének, amelyet az IoT területén a világ minden táján tapasztalunk.
Szerző: Rod Drake, alelnök –
Microchip Technology, Inc.
www.microchip.com
