10 апреля 2018

Берёзки NEWS №27. Длинный хвост

Александр Носков

Когда самоуправляемые автомобили сбивают людей, а наши гаджеты требуют все больше электричества, то хочется задать вопрос. Что не так с электроникой? Неужели ей мешает длинный хвост?

Мозговой штурм часть 1

После серии неудачных попыток создать автономное транспортное средство и сложные IoT-устройства руководители и ведущие разработчики собрались, чтобы поговорить на тему «Что мы делаем не так». Мы можем часами обсуждать это в комментариях, но давайте дадим слово специалистам, разве это не более продуктивно?

Обсудить эти важные вопросы собрались:

• Стив Менсор, вице-президент по маркетингу Achronix
• Апува Калия, вице-президент по исследованиям и разработкам Cadence
• Мохамед Кассем, технический директор efabless.com
• Мэтью Балан, инженер-технолог и технолог в Mentor, Siemens Business
• Том Андерсон, технический консультант по маркетингу для OneSpin Solutions
• Эндрю Дауман, вице-президент по технологиям Tortuga Logic

Система ADAS поражает количеством датчиков, радаров и лазеров.

Апува Калия:

Действительно, за последние 20 лет мобильные телефоны сильно повлияли на дизайн электроники. И для уменьшения этой тенденции потребуется немало времени. Мобильный телефон по-прежнему является движущей силой новых разработок, но происходит что-то интересное. Если вы посмотрите на такое устройство, как ADAS (advanced driver-assistance systems, премиальная система датчиков, призванная обезопасить и упростить вождение), то увидите, что это приложение отлично подходит для миграции с мобильной платформы на любую другую. Существует много новых мобильных технологий, методологии проектирования и проверки которых стали формализованными и зрелыми, и они могут быть применены в проектах автоматического транспортного средства.

Мохамед Кассем:

Мы потратили много времени на интеграцию всех функций в мобильный телефон, чтобы сделать его как можно более маленьким и добиться низкого энергопотребления. Из множества маленьких частей мы сделали целое. Теперь нам нужно снова разобрать его на разные части, на универсальные модули различного назначения. Телефон является эталоном устройства IoT (интернета вещей). Если бы могли уменьшить его до точки, то мы получили бы идеальный модуль для решения любой задачи.  Но мы не можем.

Эндрю Дауман:

Мобильный телефон продвинул все технологии. Он управлял реализацией, он управлял проверкой, технологическими узлами и потребностью в низкой мощности. Но поскольку мы хотим снова разобрать его на части, чтобы каждый модуль занял свою нишу в своем сегменте рынка, то каждая отдельная часть не получит столько внимания и контроля. Никакая новая разработка не получит такого внимания и такого значения, как разработка мобильного телефона. Меняется только то, что по-настоящему тебя волнует. Самоходные автомобили требуют стабильности, постоянной и полной проверки, а безопасность имеет критическое значение. Но получают ли они все это?

Апува Калия:

Мобильный телефон имеет более важное значение, чем автономный автомобиль. Но, возможно, стоит поговорить о туманной концепции IoT. С точки зрения объема рынка он может переплюнуть телефоны.

Самый длинный хвост у iPhone. И более того, он почти весь пиратский.

Мохамед Кассем:

Если для примера взять рынок электронных книг, то мы увидим «длинный хвост». Бестселлер продается миллионными тиражами, а затем у вас появляется очень длинный хвост из рядовых гаджетов, где количество продаж составляет только тысячи копий. При этом общий объем продаж таков, что вы не можете позволить себе разрабатывать новые продукты, всю прибыль съел «хвост». А если у вас нет прибыли, то вы не можете позволить себе разрабатывать новые продукты из-за риска небольших продаж. Ведь вы не знаете, какой следующий продукт «выстрелит». Посмотрите на количество однотипных электронных книжек на Amazon, какая из них лучше?

Том Андерсон:

Продукты должны быть разными.

Мохамед Кассем:

Эта разница может заключаться в том, что один из продуктов имеет лучшее время автономной работы. Рынок сам определит объем и проявит лучших продавцов. Экстремальная камера GoPro была создана серфером и прошла путь от «длинного хвоста» до бестселлера.

Мэтью Балан:

«Длинным хвостом» управляет технология, которую можно повторно использовать или сделать ремикс. Мобильный телефон – это продукт на основе уже существующих технологий, вы разрабатываете не технологии, а только продукт. Для устройства интернета вещей (IoT) нет готовых технологий, и все вынуждены разрабатывать новые, которые будут непредсказуемо меняться.

Стив Менсор:

У FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) очень «длинный хвост», именно она управляет объемами рынка последние 15 лет. Среди всех логических систем FPGA наиболее важной является ее беспроводная часть, она движет вперед всю структуру ASP (все, что связано с интернетом, созданием и чтением страниц, созданием инструментов для их создания и т.д.). Что касается дата-центров, то мы видим успех проекта «Катапульта» (платформа для улучшения качества жизни женщин любого возраста путем налаживания коммуникаций между их проектами и заинтересованными сторонами). Но если рассматривать это как прокси, то мы видим программируемый аппаратный инструмент для управления «длинным хвостом». Все, что требуется для программируемой логики, чтобы продаваться в больших объемах, – это оптимальный баланс мощности и стоимости. Бездумное применение систем FPGA может привести к четырех- и пятикратному увеличению цены продукта. Но мы забыли об отдельных элементах FPGA (Fpga). Их можно варьировать в зависимости от поставленных задач, вам не нужно покупать всю систему целиком, вы просто строите то, что вам нужно. Как это влияет на разработку IoT? В какой-то момент вы смотрите на программируемые последовательные решения – процессоры и говорите, что это нормально (с намеком, что это ненормально). А наша программируемая логика предлагает строить решения для выполнения конкретных специфических задач (это явный камушек в огород создателей первых прототипов IoT, умных чайников и прочих холодильников, которые используют маломощные ARM-процессоры Cortex M3 и M4), которые будут оптимальны.

Том Андерсон:

Существует тенденция считать разработку IoT чем-то несложным, где все сводится к объединению готовых компонентов в одно устройство. Но это не так. Я видел много изощренных схем, включая схемы с Fpga. Я видел на схеме Intel Atom, но мне говорили, что в работе не используется ПО для архитектуры x86. Применение восьми ядер Intel в продукте IoT явно избыточно, но оно необходимо для доступа к серверным возможностям чипа. Это тяжелый дизайн.

Апува Калия:

Одна из причин, почему развитие IoT «застряло», заключается в том, что любая электроника, включая смартфоны и ADAS, стала разрабатываться системно, а разработка IoT остановилась на уровне разработки одного устройства. Создатели конечного устройства сбросили всю работу по разработке решения на поставщиков. (Имеется в виду, что «хотелки» разработчиков новой электроники, включая IoT и автономный транспорт, не соответствуют возможностям производителя «железа». Т.е. изобретатель делает прототип умного чайника и пичкает его самопальной электроникой, которую за разумные деньги при массовом производстве не повторить).

Мохамед Кассем:

Все компоненты существовали в готовом виде до появления самого смартфона. Смартфон управляет уже существовавшими компонентами, включая экраны и батареи. Но когда вы создаете принципиально новое устройство, то вынуждены заниматься оптимизацией. Возможно, будет целесообразно не использовать готовые компоненты, а перейти на ASIC (интегральная схема специального назначения). Требование низкого энергопотребления вносит свои коррективы.

Том Андерсон:

Есть устройства IoT, которые по своей сути являются не более чем простыми датчиками, но они присутствуют во всех отраслях.

Мохамед Кассем:

Мы должны сделать рынок автономного транспорта и IoT высокоприбыльным, а помочь в этом может создание универсальной платформы.

Эндрю Дауман:

Существует ошибочное мнение, что устройства IoT – это что-то небольшое. Но вы посмотрите на самоуправляемый автомобиль – это очень большое, тяжелое, высокорисковое, ударопрочное устройство IoT. У него есть сенсоры, и оно будет общаться со своими соседями.

Апува Калия:

Это будут самые сложные устройства IoT среди всех существующих. Они совсем не маленькие и очень непростые.

Том Андерсон:

Правильно! Автономное транспортное средство является частью IoT.

Мохамед Кассем:

За исключением того, что я не думаю, что будет создано 3 миллиарда автомобилей и они смогут захватить рынок.

Том Андерсон:

Самая большая эволюция в создании электроники произошла в сфере безопасности пользователя. Люди, которые придумали кардиостимуляторы и ракеты, думали об этом уже тогда. И уже тогда делали свои устройства надежными, беспокоились об альфа-частицах и т. д. В наше время внезапно это стало частью повседневной жизни. К автономному транспортному средству должны быть применены такие же требования надежности и безопасности, как к кардиостимулятору.

Апува Калия:

Тенденция к безопасности в автомобилестроении была вызвана рыночными условиями. Безопасность в автомобиле стала дополнительной опцией, за которую смог заплатить покупатель. И только потом вошла в необходимый минимум комплектации. Когда вы говорите о ракете или кардиостимуляторе, то есть традиционный способ обеспечения безопасности – это резервирование. Вы просто устанавливаете два комплекта оборудования вместо одного, и на конечную стоимость ракеты это почти не влияет. С кардиостимулятором ситуация другая, резервирование систем изменит его цену с $200 до $400. Это тоже не слишком большая проблема. Но если вы берете автомобиль стоимостью 20 000 долларов США, в котором электроника стоит 5 000 долларов, и вы резервируете систему, то стоимость только электроники вырастает до 8 000 долларов. Это заметная разница. Это ставит новые задачи для разработчиков, как обеспечить безопасность, не прибегая к резервированию.

Мохамед Кассем:

Электроника в машине принципиально не изменилась, пока мы не начали добавлять сенсорные системы.

Эндрю Дауман:

Безопасность и отказоустойчивость могут быть достигнуты тройным дублированием каждого модуля. Однако есть факт, что технологии безопасности и защиты никак не связаны между собой. При таком подходе мы сталкиваемся с проблемой, когда после решения задач безопасности кто-нибудь вносит изменения в устройство для решения задач защиты, и тогда отказоустойчивость и безопасность могут исчезнуть. Все эти вещи давно пора объединить при разработке устройств, сегодня мы не делаем этого, что плохо.

Мохамед Кассем:

Существует несколько дисциплин. При проектировании чипсета вы не слишком-то можете распылять свое внимание. Но при дальнейшем проектировании устройства вам могут потребоваться медицинские знания, 3D дизайн, электронный дизайн или все это вместе. Возможность объединения нескольких дисциплин имеет важное значение.

Том Андерсон:

У вас есть многоуровневая, многодисциплинарная вещь, но у вас также есть горизонтали, включая проверку и безопасность, что делает матрицу очень сложной.

Апува Калия:

Вернемся к автономному вождению. Как мы видели 15 лет назад при появлении смартфона, сложность проблемы намного опережает способность людей бороться со сложностью. Люди, пытающиеся решить эти проблемы, все еще находятся на ранней стадии формирования своих возможностей для их решений.

Мохамед Кассем:

Есть много проб и ошибок. Мы должны продолжать экспериментировать и учиться.

Апува Калия:

Происходит массовый переход инженеров от создания мобильных устройств к подобным IoT и автономному транспорту. Все дизайнеры, которые добились успеха в проектировании мобильных устройств, ошибочно полагают, что это будет легкий переход. У меня было много разговоров с людьми, у которых есть чипсет, который отлично подходит для мобильных устройств, и они хотят превратить его в систему ADAS…

На этом первая часть обсуждения закончилась. Друзья, напишите, стоит ли публиковать вторую часть по ее выходу. Вам было интересно узнать, чем заняты головы разработчиков? Поделитесь также своими мыслями на тему, как более эффективно тратить силы и средства. Делать некую универсальную платформу (с едиными стандартами для всех производителей) или разрабатывать новые унифицированные компоненты и добавлять их в устройство по необходимости? Или уменьшить смартфон до размера спичечной головки и передать все бразды правления ему? И что делать с длинным хвостом?

Ссылка на оригинальное обсуждение: Semiconductor Engineering

Самый быстрый и самый экономный блютуз

Канадская компания Spark Microsystems представила общественности новый революционный цифровой радио-модуль (аналог Bluetooth). Новая технология пока что обкатывается, и прототип выполнен по старинному (но дешевому) техпроцессу 65 нм TSMC. Для чего понадобилось разрабатывать новый модуль BLE (энергоэффективный Bluetooth)? Ответ на этот вопрос дает Фредерик Набки, отец нового приемо-передатчика: «Когда вы используете AirPods, то примерно 80% заряда будет потрачено на обслуживание самого устройства, а не на передачу звука. Это не самый эффективный подход».

Фредерик Набки (в центре)

Компания разработала приемопередатчик (и микроконтроллер) под названием Spark SR1000, обладающий ультранизким электропотреблением и ультракороткой латентностью. Модуль потребляет электричества в 20 раз меньше, чем лучшие конкуренты, и в 35 раз меньше в среднем по рынку BLE. Экономия электроэнергии достигается рекордно коротким временем включения и отключения модуля, всего за 50 микросекунд против 3 миллисекунд у конкурентов. Радиус устойчивого приема и передачи составляет 50 метров, а трансляция идет в «бесплатном» нелицензируемом диапазоне от 3 до 6 ГГц. Максимальная скорость передачи данных составляет 10 Мбит/сек против 1 Мбит/сек у всех конкурентов.

Потребность в электричестве у нового модуля настолько мала, что может быть обеспечена маленькой солнечной батареей или элементом Пельтье (преобразует тепло в электричество), а при использовании стандартных аккумуляторов он проработает очень долго. Как было указано выше, новый модуль работает не в стандартном диапазоне частот, поэтому принимать и отправлять информацию возможно, только когда у вас оба устройства произведены Spark Microsystems. Плюсы очевидны – неиспользуемый диапазон частот не забит помехами, что способствует устойчивому соединению. Фредерик надеется, что новый диапазон со временем станет де-факто стандартным и им начнут пользоваться другие производители (отстегивая Фредерику процент). Spark SR1000 появится в прайсах поставщиков комплектующих в 2019 году, а значит, и смартфоны с ним мы увидим в то же время. Все преимущества новой технологии показаны на таблице:

Отмечу также, что это первое устройство, которое потребляет электричество в пороговых значениях (когда прибором нельзя определить, потребляет оно что-нибудь или нет), а значит, более чем удачно подходит для интернета вещей (IoT), смартфонов, гарнитур и т.д.

Друзья, 10 Мбит/сек позволят передавать звук наилучшего качества? Как считаете?

Вот и все новости на сегодня. Скоро лето, и многие сядут на велосипеды. Они не менялись принципиально уже много-много десятилетий, но мы продолжаем ими пользоваться. Будет ли так же со смартфонами и умными чайниками? Не думаю. А вы?