Компания spansion выпустила семейство гибких микроконтроллеров для промышленного «интернета вещей»

В России открыли производство гибких дисплеев. Начинается интересное

Мы живем в эпоху великого снижения преступности. Уже не первый год по всему миру (по крайней мере, в более-менее развитой его части) снижается количество правонарушений. Причем сразу всех, и мелких, и довольно тяжких. Мне кажется, важным следствием этого процесса стало то, что мы наконец-то перестали убивать iPhone.

Как показывает опыт очень разных стран, наладить производство смартфонов с нуля сегодня невозможно в принципе, если ты не Китай. И даже разработка оригинальной модели чего-то айфоноподобного без нужных навыков и процессов занимает столько времени, что к концу работ гениальное устройство оказывается просто никому не нужным. Устарело, потеряло смысл, воспроизведено другими – вариантов масса, и все неприятные.

Но это не значит, что «посторонним» дверь на рынок электроники закрыта навсегда. Чтобы быть полезным и даже важным на нем, не обязательно делать айфоны. Как показали события последних недель, подлинные короли рынка – это компоненты. Их нехватка мгновенно рушит производственные планы, что очень выпукло заметно в Китае. Когда нынешняя суета закончится, многие задумаются о диверсификации поставок.

Размышления на тему важнейшей роли компонентов я услышал от Анатолия Чубайса, когда это было еще немодно, в 2013 году. Интересно сейчас читать свои же материалы, где рассказывается о тогдашних объектах инвестиций Роснано. Теперь-то уже знаю, что два из трех оказались успешными, а один, выглядевший наиболее перспективным, с треском закрылся через год, несмотря на внушительные инвестиции от серьезных фондов (я про Liliputian Systems, куда кроме Роснано вложились еще больше десятка инвесторов, включая Intel Capital). Анатолий Борисович остался верным себе. Три недели назад я писал о производстве нанотрубок в Новосибирске, куда Роснано инвестировала 20 миллионов долларов в 2009 году. А сегодня в подмосковном Троицке не без торжественности открыли Российский центр гибкой электроники (РЦГЭ), входящий в группу компаний «Техноспарк». Открывали его мэр Москвы Сергей Собянин и председатель правления Роснано Анатолий Чубайс.

Центр, или, правильнее сказать, завод производит гибкие TFT-матрицы и интегральные микросхемы. В первую очередь они предназначены для дисплеев, но есть еще ряд сценариев, когда гибкость может быть полезной. Например, в разнообразных компактных устройствах из мира интернета вещей. Ведь толщина матриц – несколько десятков микрометров, а работают они, как настоящие.

Гибкие дисплеи – это не только и не столько смартфоны. Они могут еще и радикально менять вид вполне привычных вещей – консолей автомобилей, магазинных витрин, медицинского оборудования и профессиональных инструментов. Еще гибкость делает матрицы более стойкими к внешним воздействиям, потому что их подложка, в отличие от традиционной кремниевой, пружинит, а не ломается.

В Троицк перенесена и масштабирована технология изготовления гибких органических TFT-матриц (OTFT), разработанная лабораторией FlexEnable (Великобритания). В течение года будет завершен трансфер технологии выпуска гибких металлооксидных (или IGZO – Indium Galium Zink Oxide) TFT-матриц и интегральных микросхем от R&D-центров IMEC (Бельгия) и Holst Centre (Нидерланды). Технология IGZO TFT применяется там, где требуется большая скорость работы. Это матрицы для OLED-дисплеев и сенсоров сверхвысокого разрешения, до 1000 точек на дюйм. Напомню, 300 точек на дюйм считается уже отличным типографским качеством, а лучшие мобильные дисплеи не перешагивают за 600 точек на дюйм.

Производство пока относительно небольшое, но это именно заводской цикл, а не лабораторные эксперименты. И при необходимости масштабы могут вырасти очень существенно: под это уже есть задел на нынешних площадях, ну и найти новые – самая простая задача из всех возникших перед «Техноспарком» за время строительства Центра. При выходе на проектную мощность объем производства составит около 4 тысяч квадратных метров TFT-матриц в год. Это примерно полтора миллиона матриц для небольших экранов (электронных ценников или смарт-карт), 100 тысяч экранов для планшетных компьютеров или 100 миллионов пластиковых чипов для RFID-меток.

Встретим ли мы троицкие матрицы в смартфонах? Знаете, вряд ли. Как я уже писал выше, убивать айфоны в наших краях перестали, а объемы производства (по крайней мере, пока) вряд ли достаточны, чтобы обеспечить аппетиты какой-нибудь крупной азиатской фабрики. Центр ориентируется на относительно некрупные заказы, число которых растет – и внутри России, и из-за границы. Но товар «Техноспарка» – не только сами гибкие матрицы. В мире есть десяток научно-технологических центров, где разрабатывают дизайн и архитектуру компонентов гибкой электроники, квалифицируют различные материалы, тестируют технологии нанесения слоев. В отличие от Центра в Троицке, они не могут произвести небольшую партию в несколько тысяч или десятков тысяч единиц промышленного качества. И результаты лабораторных изысканий слишком дорого и рискованно запускать в массовое производство. В свою очередь, отлаженные процессы РЦГЭ позволяют отработать промышленную технологию для дальнейшего трансфера на крупный азиатский фаб. И вот это уже другие масштабы и другие суммы. Ведь задача здесь не только показать умение подковывать блоху, но и зарабатывать деньги. Инвесторы это ценят.

Автограф Сергея Собянина

На церемониях открытия принято резать ленточки, и у меня было предчувствие, что в качестве таковой выступит продукция завода. Но вместо этого Сергей Семенович и Анатолий Борисович расписались на одной из первой матриц, выпущенных в Троицке. Пожалуй, это правильно. Она будет выглядеть гораздо интереснее, чем поблекшие обрезки ленточек, встречавшиеся мне в заводских музеях в Китае и Южной Корее. Мэр Москвы сказал, что столица рада была поддержать создание Центра, и теперь пора обсудить строительство второй очереди. Возражений со стороны собравшихся ожидаемо не поступило.

Автограф Анатолия Чубайса

У меня есть предчувствие, что скоро запуски высокотехнологичных производств станут делом слишком обычным для присутствия на них мэра Москвы или губернатора. Как говорится, запомните этот пост. Но с ними, конечно, интереснее.

Индустриальный интернет вещей. Модуль 2

Как собираются данные

В этом модуле вы узнаете:

• что на самом деле называют «датчиком»;
• как устройства собирают, передают и получают информацию;
• что и как мы можем измерять и контролировать на ферме, в городе и на предприятии;
• какие факторы влияют на выбор датчика;
• и можно ли разобраться в «зоопарке» датчиков с помощью описаний с Aliexpress.

А в конце вы сами попробуете выбрать датчики для «умной» теплицы и убедитесь, насколько это сложно, если вы не специалист.

Оглавление

Модуль 2. Как собираются данные
Проверочный тест

Как мы собираем данные с помощью устройств и датчиков

Как работают автоматические двери с датчиком движения, можно ли поставить датчик внутрь коровы и зачем РЖД сверхчуткий сенсор длиной 3 километра — ментор курса Николай Шевалье рассказывает о самых привычных и самых необычных устройствах из мира интернета вещей и о проблемах, которые они помогают решать.

Что стоит внутри устройства: датчик, микроконтроллер и другие компоненты

Сейчас мы расскажем, как разные приборы и объекты научились собирать информацию, решать, стоит ли передавать ее человеку, — и даже стали запускать себя сами.

Датчик — всего лишь деталь. Очень часто люди называют «датчиком» весь предмет, который мы подключаем к интернету вещей. Это ошибка: предмет собирают из разных компонентов, в том числе датчика, выбирая элементы под конкретного заказчика и задачу. Сам получившийся из деталей предмет правильнее называть «устройством».

Устройства чаще всего состоят из:

Разберем схему подробнее:

Это чувствительный элемент, который контактирует с окружающей средой: измеряет показания, реагирует на объекты и создает сигнал об этом. Например, в датчике температуры металл или специальная термопленка реагируют на тепло вокруг.

Это простой бортовой компьютер, который получает сигнал от датчика и реализует логику работы всего устройства. Например, датчик может отдавать показания раз в секунду, а микроконтроллер будет принимать решение, передавать ли данные человеку. Если мы программируем его реагировать только на температуру выше +30 С, он отправит нам уведомление лишь когда она превысит эту норму.

Актуатор (исполнительное устройство) — это реле или транзистор, который мы добавляем к устройству, чтобы оно могло что-то переключать — по сигналу от микроконтроллера или по дистанционной команде, которую примет радиомодуль. Например, если температура выйдет за допустимый предел, актуатор может включить вентиляцию или кондиционер, а вы получите уведомление об этом.

4. Источник питания

Тут все просто — электронике нужно электричество. В зависимости от энергопотребления и задачи мы можем питать устройство от батарейки или от сети по проводу.

5. Встречаются устройства без датчика — например, умный замок.

Когда мы подходим к двери, на его радиомодуль поступает входящий запрос от нашего телефона или пропуска. Микроконтроллер сверит номер пропуска или информацию о телефоне с хранящимися в его памяти данными о правах доступа. Если доступ разрешен, он отправит команду на исполнительное устройство — и актуатор запустит механизм, отпирающий замок.

Гораздо чаще встречаются устройства без актуатора — но с датчиком. Одна из самых частых задач — мониторинг. То есть мы просто хотим, чтобы устройство снимало показания и отправляло их нам, ничего больше не делая. Можно не тратиться на актуатор, поэтому многие приборы в интернете вещей работают без исполнительных устройств.

Ниже мы собрали несколько популярных устройств, которые часто выпускаются без актуатора. Попробуйте сопоставить их описание и картинку.

  • Счетчик отопления с датчиками температуры и протока воды.
  • Инфракрасный извещатель с линзой и оптическим сенсором, улавливающими движение животных и людей.
  • Гигрометр — прибор, который с помощью чувствительного элемента измеряет уровень влаги в окружающей среде.
  • Пожарный извещатель, который использует светодиод и фотоэлемент, чтобы обнаружить рассеивание света от дыма при возгорании.

Правильный порядок: 1 — инфракрасный извещатель; 2 — счетчик отопления; 3 — пожарный извещатель; 4 — гигрометр

Можно подключать к интернету вещей уже имеющиеся датчики и приборы. Многие механизмы и объекты инфраструктуры на предприятиях и в городах уже оснащены электронными или хотя бы механическими датчиками. Если мы хотим оцифровать информацию с них, можно добавить к приборам недостающие электронные компоненты и элементы питания. Окончательно решить, можно ли усовершенствовать старые датчики, либо придется менять их на поколение устройств поновее, может только квалифицированный инженер.

Что умеют считать, замечать и контролировать устройства

На ферме

1. В ухо коровы мы поместили бирку с индивидуальной радиочастотной меткой и несколькими датчиками: температуры, позиции в пространстве, уровня активности — так мы наблюдаем за животным и ведем его медкарту в режиме 24/7.
2. Умные весы распознают метку в бирке и дополняют цифровую карточку животного данными регулярных взвешиваний.
3. Умный доильный аппарат анализирует состав и объем жидкости, чтобы мы автоматически вели статистику надоев и жирности молока для каждой коровы.

4. Датчик уровня топлива и других горюче-смазочный материалов помогут вести строгий учет — например солярку нельзя будет незаметно слить.
5. GPS-маячок поможет нам узнать, где сейчас работает техника, где она побывала и сколько прошла за день, делала ли остановки и так далее.

Читайте также  Технология изготовления пп с маской

6. Измеряя температуру, влажность воздуха и уровень CO2, мы сбережем растения от холода, перегрева и нехватки углекислого газа для фотосинтеза.
7. Датчик освещенности поможет нам понять, когда пора включать искусственное солнце для растений.
8. Датчик влажности и температуры почвы подскажут, когда земля подсохнет или начнет промерзать, а датчик солевого состава и кислотности помогут понять эффект от использования удобрений.

На производстве

1.Датчик экологического мониторинга зафиксирует вредный выброс или снижение качества воздуха.
2.Датчики вибрации на подвижных узлах станков помогут выявить износ деталей на раннем этапе.
3. Радиометки в пропуске сотрудников и на территории завода позволят понимать, когда кто зашел в цех, и отслеживать присутствие людей в помещении. 4. Радиометки и датчики помогут оценить риск опасного сближения людей и техники.
5. Датчики температуры помогут зафиксировать перегрев подвижных узлов и механизмов — явный сигнал перегрузки или грядущей поломки.
6. Датчики движения помогут сохранить здоровье работников — мы можем заметить руку до того, как она попадет в опасную зону станка.

7. Датчики экологического мониторинга зафиксируют вредный выброс или ухудшение качества воздуха.
8. Радиомаячки на складе помогут автоматическим погрузчикамнайти нужную продукцию и развести все по своим местам.
9. Датчики условий хранения помогут контролировать температуру, влажность, уровень пыли, обнаруживать протечки и дым на складе.

В городе

1. Приборы индивидуального учета воды, электроэнергии, тепла, газа могут не только замерять расход ресурсов: некоторые модели имеют функцию ограничения — чтобы дистанционно отключать неплательщиков.
2. Датчикиучета пассажиропотока собирают данные, чтобы мы понимали, на каком маршруте не хватает транспорта.
3. Датчикидвижения помогают собирать информацию о потоке машин, чтобы оптимально переключать светофоры. Мы также можем оснастить светофоры дополнительными датчиками для диагностики неисправностей.
4. На фонарные столбы ставят массу полезных вещей: датчики освещенности, контроллеры яркости света, датчики качества воздуха и даже датчики выстрелов — последние нужны полиции.
5. Датчики присутствия помогают следить за заполнением парковочных мест и собирают данные об их доступности.

6. Умный замок, датчик топлива и GPS — обычный комплект для машин каршеринга.
7. Датчикнаклона позволяет следить за сохранностью люков и другого коммунального имущества, которое могут попробовать украсть на металлолом.
8. Датчики открытия и движения помогают следить, чтобы посторонние не проникли в подвалы, на чердак, в трансформаторные будки и другие нежилые помещения.
9. Датчик объема помогает определить, когда переполнится мусорный контейнер.

Почему не нужно выбирать датчик без специалиста

Готовые решения из поиска подойдут лишь для домашнего интернета вещей. Для индустриального интернета вещей требуется разрабатывать свой проект.

Каждый проект будет уникальным. Нам каждый раз нужно формулировать требования, учитывать все факторы и выбирать оптимальный датчик из десятков и сотен образцов с похожими названиями и разными характеристиками. Ошибка в лучшем случае будет стоить нам денег. А иногда и гораздо больше.

Разберемся на примере.

Мы решили дополнительно защитить людей в шахте — дать каждому компактный газоанализатор. Он будет собирать данные о концентрации метана в тех местах забоя, где сейчас находятся шахтеры, и поможет подать всем сигнал об эвакуации.

Мы идем в поиск, чтобы примерно понять, сколько это будет стоить, — и видим готовое устройство с каталитическим датчиком, куда остается только вставить батарейку. «Всего за $5», — радуемся мы. Казалось бы, задача решена. Но только потом выяснится, что такой датчик предназначен лишь для поиска бытовых утечек газа, ненадежен в шахте и «съедает» батарейку за полсмены.

«Хорошо, может, возьмем этот оптический датчик», — он может работать от одной зарядки месяц, супернадежен, но и стоит $200 — и это без микроконтроллера, батарейки, корпуса, наконец. То есть цена готового устройства, которое можно разбить или банально потерять, будет высока. Нам не дадут такой бюджет.

И только специалист, выслушав, что и зачем вы хотите измерять, а затем задав дополнительные вопросы и взвесив варианты, посоветует оптимальное решение. Например, для шахты подойдет электрохимический датчик — работает долго, надежен, уловит метан, а стоит всего $30. Лучшее решение не всегда лежит на поверхности.

Иногда вы даже не угадаете, датчик чего вам нужен

Эта история из жизни — повод еще раз задуматься о том, чтобы доверить выбор датчиков профессионалам. Цена, размеры, диапазон и точность срабатывания, срок работы от батарей — далеко не все факторы, которые бывают нам необходимы для выбора датчика.

Итоги модуля

В этом разделе — основные тезисы этого модуля. Вы можете повторить их и потом переходить к заданию.

1. Устройство датчика (схема из физической части, микроконтроллера и источника питания) В интернете вещей можно подключать датчики, которыми уже пользуются: только нужно добавить к ним микроконтроллер и батарею/подключить к питанию.

2. Факторы, которые влияют на выбор датчика:

  • габариты;
  • точность измерения;
  • диапазон измерений;
  • энергоэффективность;
  • и другие.

3. Выбор датчиков для интернета вещей — работа технического специалиста. На выбор датчиков влияет большое количество факторов, в каждой категории (температуры, газа) существуют сотни позиций. А подчас только специалист сможет выбрать нужную категорию датчика.

Проверьте, насколько хорошо вы усвоили материал:

Промышленный интернет вещей (IIoT)

Промышленный интернет вещей (IIoT) представляет собой совокупность сетей и связанного с ними производственного оборудования, дополненного ПО и встроенными датчиками. Системы предназначены для сбора, обмена данными и могут управляться автоматически без участия человека. В последние годы IIoT технологии находят широкое применение во многих сферах хозяйствования. Их используют для решения множества корпоративных задач с целью повышения эффективности производственной деятельности и построения инновационных моделей ведения бизнеса. Внедрение технологии может привести к Четвертой промышленной революции, которая повлечет за собой кардинальные перемены в жизни людей, в том числе в работе, быту и обслуживании потребностей.

Компоненты Промышленного интернета вещей

Внедрение IIoT предполагает установку нескольких взаимосвязанных компонентов, которые обеспечивают эффективную цифровую трансформацию бизнеса. К составляющим системы относятся следующие устройства IIoT:

  • Соединение – связь между компьютерными сетями и оборудованием может обеспечиваться различными технологиями, в том числе Bluetooth WLAN, Wi-FI, UWB и др.
  • Датчики/маячки – миниатюрные передающие устройства, которые устанавливаются на объектах и с определенной частотой отправляют радиосигналы.
  • Платформа для анализа и обработки данных – основа, определяющая местоположение маячков или датчиков. Она принимает сигналы от передающих устройств и отправляет данные пользователям, использующим систему.

Характерным примером платформы, предназначенной для обработки данных, являются продукты компании Navigine, а именно веб-сервис Navigine Tracking и набор навигационных алгоритмов Navigine SDK, который разработчики могут успешно интегрировать в свои мобильные приложения.

Принцип действия и возможности IIoT

Внедрение Промышленного интернета вещей начинается с установки оборудования, в том числе контроллеров, датчиков, аппаратов, необходимых для взаимодействия техники с человеком. Далее производится сбор данных и их введение в компьютер для аналитики состояния предприятия и контроля над конкретной информацией. Полученные результаты распределяются по всем подразделениям компании, после чего работники получают доступ к данным для удобного документооборота и оперативного решения текущих задач.

IIoT открывает перед бизнесом немало возможностей:

  • сбор и накопление необходимых экспертных знаний;
  • снижение или полная отмена использования бумажных носителей;
  • упрощение ведения бизнеса;
  • оперативное получение данных о внештатных ситуациях;
  • минимизация рисков сбоя оборудования и срыв сроков договоренностей.

Благодаря технологии можно быстро обрабатывать внушительные объемы данных. Система преобразует их в наиболее комфортный для пользователя вид и предоставляет возможности для фильтрации, ускоряющей производственные процессы. С помощью IIoT можно более рационально использовать активы предприятия, исключать простои производства, сокращать расходы на ремонт и оплату электроэнергии. Технология позволяет отказаться от ненужных операций на производстве и повысить показатели экономических достижений компаний.

Технологии IIoT

Для реализации поставленных целей современные предприятия могут использовать различные технологии Промышленного интернета вещей. Рассмотрим наиболее распространенные и эффективные.

Цифровые двойники

Под цифровыми двойниками понимают виртуальные копии объектов, которые позволяют анализировать работу реальных физических устройств. Так, двойник завода помогает управлять предприятием, оптимизировать операции, а копия запланированного производственного процесса дает возможность осуществлять контроль над продуктом еще до его изготовления. Благодаря цифровым двойникам руководители могут получать подробную информацию о производительности оборудования, выполнять предиктивное обслуживание и удаленный мониторинг в реальном времени.

Радиочастотная идентификация (RFID)

RFID – метод автоматической идентификации, использующий метки (транспондеры) и специальные считывающие устройства. Метка помещается на любой подходящий предмет (к примеру, на товар), а считыватель идентифицирует ее посредством радиоволн. Дальность идентификации может варьироваться от нескольких сантиметров до 300 метров. При помощи транспондеров пользователи могут с легкостью отслеживать промышленные объекты, а также осуществлять их контроль и мониторинг.

Устройства электронной регистрации (ELD)

ELD представляют собой специальные датчики, которые ставятся на автомобиль и позволяют контролировать его скорость, время передвижения, частоту использования тормозов. Оборудование обычно устанавливается на пассажирские автобусы или грузовые авто и помогает:

  • экономить топливо;
  • обеспечивать безопасность водителя;
  • повышать эффективность использования ресурсов.

Как только система замечает, что водитель слишком долго находится за рулем либо превышает скорость, она тут же выносит предупреждение и передает данные диспетчеру.

Интеллектуальные вычислительные системы вне ЦОД

ИВС вне ЦОД – система Промышленного интернета вещей, призванная повышать качество обслуживания и ускорять производственные процессы. В ней осуществляется генерация, анализ, интерпретация информации, которая поступает с периферии. При использовании этих систем аналитики руководители компаний могут более оперативно изучать данные, а риски похищения или перехвата информации сводятся к минимуму.

Прогнозное обслуживание

К прогнозному обслуживанию относят системы, которые получают информацию от машинного оборудования или устройств со встроенными датчиками. Они выполняют сбор и передачу данных, а далее производят анализ полученных сведений и их сохранение в базе. Впоследствии собранная база данных предоставляет пользователям точки сравнения, которые позволяют анализировать те или иные события. При использовании прогнозного обслуживания можно отказаться от ненужного сервиса и повысить вероятность предупреждения поломок и сбоев.

Отличия интернета вещей (IoT) от промышленного интернета вещей (IIoT)

Главное отличие обычного и промышленного интернета вещей состоит в области применения. IoT включает любые устройства, которые призваны автоматизировать повседневные задачи либо управлять удаленно. Чаще всего его применяют в бытовых, домашних условиях. В качестве примеров можно привести «умный дом», видеонаблюдение с оповещением о приближении посторонних, медицинские браслеты, которые контролируют пульс пациента и передают данные врачу.

IIoT – это подкатегория IoT, которая больше ориентирована на промышленность и ведение бизнеса. С его помощью можно автоматизировать процессы производства, уменьшить расходы на изготовление продукции, свести к минимуму убытки. Примерами являются датчики загрязнения, которые следят за соблюдением экологических норм, дистанционный запуск оборудования или маячки на транспортных средствах, помогающие отслеживать перемещение грузов.

Navigine Tracking

Платформа, учитывающая местоположение, для цифровой трансформации предприятий.

Сферы применения промышленного интернета вещей

Современная IIoT платформа может использоваться не только на производстве, но и в других отраслях. Ключевыми сферами ее применения являются:

  • Промышленность – при использовании технологии можно контролировать состояние станков и предупреждать их поломки, что способствует сокращению времени простоя и повышению эффективности работы завода.
  • Логистика и склады – позволяет автоматически заказывать продукцию или сырье для производства, обеспечивать постоянное наличие нужных товаров, а также отслеживать активы.
  • Ритейл – помогает принимать решения по отдельным торговым точкам, использовать витрины согласно интересам покупателей, готовить промоакции.
  • Здравоохранение – позволяет отслеживать пациентов и уведомлять врачей об их состоянии, повышает скорость и точность реагирования в медицинских учреждениях.
  • Управление недвижимостью – упрощает управление климатическими и другими системами, повышает безопасность людей, обеспечивает контроль входов в здания с моментальной реакцией на потенциальную угрозу.
Читайте также  Изготовление электронной нагрузки постоянного тока и мощности на arduino

Компания Navigine предоставляет возможности для внедрения инструментов промышленного интернета вещей в любом бизнесе. К услугам клиентов – инновационные веб-сервисы на базе технологии iBeacon, которые обеспечивают качество и надежность цифровой трансформации предприятия.

Где список «10 лучших процессоров для Интернета вещей»?

Скажите нам, кто выпускает 10 лучших процессоров для Интернета вещей? Есть ли где-нибудь список, в котором перечислены 10 лучших процессоров для Интернета вещей? Что позволяет говорить, что один из таких процессоров успешнее остальных?

Можем ли мы, исходя из предположения, что рынок Интернета вещей (IoT) набирает обороты, сделать вывод, что процессоры для IoT идут в ногу со временем и полупроводниковая промышленность срывает куш?

Если да, то где эти процессоры? Есть ли где-нибудь таблица, в которой перечислены 10 лучших процессоров для IoT? Что делает один такой процессор успешнее остальных?

Это не праздные вопросы.

В конце концов, IoT был хитом сезона среди производителей микросхем на протяжении нескольких лет. Воспользовавшись успехом IoT, они с азартом расширяли ассортимент продукции, хвалясь при этом потенциалом своего роста.

И я начал искать неуловимую Десятку самостоятельно, главным образом, для того, чтобы лучше разобраться в процессорах для IoT. Чем больше людей я спрашивал, и чем больше читал статей и пресс-релизов по этой теме, тем более неоднозначным представлялся мой будущий рассказ. Я не смог найти ни одного аналитика отрасли, который доступно и уверенно объяснил бы мне, кто побеждает, а кто проигрывает.

Я пришел к пониманию того, что есть несколько причин, почему рынок все еще находится в состоянии такого движения, и почему не существует списка «10 лучших процессоров для IoT».

В движении

Во-первых, рынок IoT – неважно как вы его представляете – не сильно отличается от рынка встраиваемых систем. Да, эти «встроенные» устройства IoT «связаны». Но так же как производители микроконтроллеров на протяжении десятилетий изо всех сил стараются понять, как обслуживать фрагментированный рынок встраиваемых систем, так же будут бороться и поставщики процессоров IoT. Рынок IoT настолько фрагментирован, что найти победителя среди процессоров очень трудно.

Во-вторых, играет свою роль и беспрецедентное количество слияний и поглощений, происходивших в полупроводниковой промышленности на протяжении последних 18 месяцев.

Тони Массимини (Tony Massimini), технический директор Semico Research Corporation, сказал: «За последние два года было больше слияний и поглощений, чем мы видели за последние 20 с лишним лет». Не удивительно, что рынок еще находится в движении.

По словам Массимини, производитель микросхем, который только что приобрел другую компанию, как правило, занят рассмотрением новых добавленных продуктов, сравнивая их с собственными, и попытками продумать дальнейшую стратегию.

Речь в данном случае идет о приобретении Atmel компанией Microchip. Объединившись, они руководят продвижением нескольких различных линеек микроконтроллеров и элементов подключения. Как заметил Массимини, еще неизвестно, «как они самоорганизуются» на рынке IoT.

Другим примером может служить Cypress Semiconductor.

Недавно Cypress объявила о приобретении за $550 млн. части бизнеса компании Broadcom, связанного с беспроводными технологиями для IoT. Сделка включает в себя передачу IoT продуктовых линеек Wi-Fi, Bluetooth и Zigbee, а также интеллектуальной собственности. Кроме того, предусмотрена передача бренда WICED и экосистемы разработки.

Да, кстати, Cypress еще купила Spansion в прошлом году.

Массимини отметил, что до того, как все это случилось, к своему бизнесу встраиваемой флеш-памяти Spansion добавила микроконтроллерный и аналоговый бизнесы компании Fujitsu.

Опять же, кто знает, как, или как скоро новые покупки Cypress в области IoT сольются в последовательную стратегию сложного поиска процессора для IoT?

В то же время, не означает ли это, что компания Broadcom (ранее известная как Avago до ее покупки Broadcom) больше не проявляет интереса к IoT?

От интервью, предложенного EE Times, чтобы прояснить ситуацию, Broadcom отказалась. Майк Демлер (Mike Demler), старший аналитик The Linley Group, отметил, что в декабре прошлого года Broadcom представила образцы новых устройств семейства WICED 2.4 ГГц для Bluetooth и 802.15.4. По мнению Демлера, они «кажутся очень конкурентоспособными по сравнению с другими имеющимися на рынке микросхемами IoT с ядром Cortex-M4. Broadcom, по сути, является первой компанией, объявившей о производстве встраиваемой флеш-памяти 40 нм, которая могла бы предоставить преимущество в производительности и интеграции».

Но, конечно, теперь, когда Broadcom продает WICED компании Cypress, как сказал Демлер: «Похоже, они выходят из бизнеса IoT».

Определение

В-третьих, есть еще один важный вопрос. Что мы понимаем под процессором для IoT?

Демлер сказал: «По нашему определению процессор для IoT должен предоставлять некоторые встроенные функции связи, даже если это просто радиомодем».

Linley Group исключает из этой категории стандартные встраиваемые процессоры и микроконтроллеры, которые многие производители сейчас называют процессорами для IoT, поскольку эти устройства в течение многих лет служили в приложениях, не подключенных к Интернету. «Таким образом, ключевым фактором является интегрированная беспроводная связь», – сказал Демлер.

Тем, кто не имеет такой возможности, Демлер советует объединять свои процессоры с отдельным радио чипом в многокристальной микросхеме, «но это увеличивает стоимость, занимаемую на плате площадь и, возможно, энергопотребление». Радио чип также может быть предоставлен сторонним поставщиком, но тогда «увеличится количество проблем, связанных с поддержкой продукта».

Далее он добавил: «Использование процесса производства встроенной флеш-памяти снижает стоимость, размеры и энергопотребление, а также позволяет запускать протоколы Bluetooth или ZigBee из памяти на кристалле».

Массимини и Демлер согласились, что интегрированные функции безопасности являются обязательными. «Чтобы обеспечить законченное решение, беспроводные процессоры для IoT должны поставляться с программным стеком», – сказал Демлер.

Массимини отметил, что если технический форум NXP FTF можно в каком-то смысле считать признаком тенденции, то сочетание экспертизы безопасности с IoT становится ключевой отличительной особенностью некоторых компаний, таких как NXP. Он добавил: «Подключение к Интернету «разворошило змеиное гнездо». Теперь, как говорят люди, каждый может увидеть все».

Сочетание датчиков

В-четвертых, как насчет сочетания разнотипных датчиков? Помимо возможности подключения к Интернету, признаком, отличающим процессор IoT от обычных микроконтроллеров, должна быть способность принимать (а возможно, и обрабатывать) большие объемы данных, поступающих от различных датчиков.

Зададимся вопросом: что нужно производителям IoT-систем? Решение, объединенное с процессором приложений (который может стать концентратором сигналов датчиков), или же они хотят автономный процессор, способный собирать и обрабатывать данные с сенсоров без процессора приложений?

Помимо безопасности еще одним важным отличием «является интеграция интерфейсов аналоговых/смешанных сигналов для работы с датчиками и исполнительными механизмами, – добавил Демлер из Linley Group. – Производителям, которые больше ориентируются на цифровые компоненты, зачастую недостает возможностей эффективной обработки аналоговых данных».

Хотя, когда дело доходит до комбинации датчиков, Массимини считает, что ключевую роль в будущих разработках процессоров для IoT будет играть интерфейс I3C, анонсированный альянсом MIPI.

Альянс MIPI (Mobile Industry Processor Interface – Процессорный интерфейс для отрасли мобильных устройств) разработал новое расширение интерфейса Inter-Integrated Circuit (I2C или I 2 C) для соединения микроэлектромеханических систем и других датчиков с концентраторами или процессорами.

Как объяснил Питер Лефкин (Peter Lefkin), исполнительный директор альянса, MIPI I3C был разработан «для удовлетворения острой потребности инженерного сообщества в удобном межкристальном интерфейсе, способном облегчить проблемы интеграции датчиков в конструкцию изделия».

В число участников процесса разработки включены производители датчиков и мобильных устройств.

На вопрос, как скоро I3C будет доступен для производителей микросхем, Лефкин ответил: «Мы ожидаем, что принятие интерфейса будет проходить в быстром темпе, как только спецификация официально будет утверждена правлением альянса MIPI в конце 2016 года».

Лефкин и Кен Фоуст (Ken Foust), глава рабочей группы альянса MIPI по работе с датчиками, рассказали об особенностях и преимуществах I3C.

  • Одной из ключевых особенностей MIPI I3C является двухпроводной интерфейс с возможностью виртуализации прерываний, что значительно снижает количество выводов и сигнальных путей и облегчает интеграцию нескольких датчиков в устройство.
  • На стандартных КМОП линиях ввода/вывода MIPI I3C поддерживает минимальную скорость передачи данных 10 Мбит/с с возможностью выбора режимов с большей производительностью и скоростью передачи данных. Это скачок в характеристиках и энергетической эффективности по сравнению с предыдущими вариантами.
  • Для повышения точности приложений, использующих сигналы различных датчиков, в MIPI I3C предусмотрена поддержка синхронных и асинхронных временных меток.
  • MIPI I3C также позволяет датчикам быть всегда включенными, даже если другие компоненты устройства находятся в состоянии сна; при этом они будут работать на очень малой мощности, чтобы минимизировать влияние на разряд батареи.

Важно отметить, что MIPI I3C предназначен не только для поддержки датчиков в мобильных устройствах, но также для IoT и других систем с низким энергопотреблением и большей пропускной способностью, требующих меньшего числа проводов.

По словам членов рабочей группы, «проработанные проекты доступны и в настоящее время находятся в стадии разработки для участников и членов совета альянса MIPI».

Интеллектуальная собственность на MIPI I3C уже выходит на рынок. В конце апреля Synopsys объявила о поступлении в продажу первых в отрасли прав интеллектуальной собственности на контроллер MIPI I3C, предназначенный для облегчения интеграции групп датчиков в такие приложения, как мобильные устройства, автомобильная техника и IoT.

Таким образом, я думаю, мы уже близки к цели. Но что насчет того списка «10 лучших процессоров для IoT»? Наберитесь терпения и подождите немного.

Перевод: Mikhail R по заказу РадиоЛоцман

Производители чипов и модулей, или что внутри у IoT-девайса

Развитие микроэлектроники и схемотехники тесно связано с тенденциями, возникающими в мире высоких технологий. Несколько лет назад внимание производителей чипов было направлено, в основном, на мобильные устройства, ноутбуки и ПК. Сейчас этот интерес постепенно спадает и возникает потребность в новых микросхемах, предназначенных для IoT-устройств. В этом году Gartner прогнозирует рост рынка полупроводников до 7,2% по сравнению с прошлогодним ростом в 1,5%. В 2017 он составит 364 млрд долларов. Наибольший спрос будет наблюдаться в отраслях хранения данных и производства автомобилей. По прогнозу компании Cisco, к 2020 году общее количество «умных» девайсов составит 50 млрд штук. А по мнению аналитиков J’son & Partners Consulting, в России эта цифра достигнет 49 млн, причем подавляющее большинство «умных» вещей будет подключено к IIoT (Industrial Internet of Things). По данным GE, промышленный Интернет вещей будет расти не только в России, но и во всем мире: через 3 года рыночный оборот IIoT будет составлять 225 млрд долларов, в то время как потребительский рынок достигнет 170 млрд.

Читайте также  Микроконтроллерный вирус и антивирус

В целом, умные устройства могут работать и с обычным микроконтроллером или SoC (system on chip). SoC представляет собой микросхему, способную выполнять функции целого устройства, поэтому на интегральной схеме SoC размещаются DSP или микроконтроллеры, устройство ввода-вывода, ПЗУ, ОЗУ, интерфейсы для USB, Ethernet, кварцевые резонаторы, блоки ЦАП и АЦП и многие другие элементы. Тесная интеграция элементов имеет ряд преимуществ перед системами, состоящими из нескольких микросхем. Близкое расположение компонентов увеличивает скорость передачи сигналов между ними, соответственно, увеличивается скорость обработки данных. Компактность элементов схемы обеспечивает легкость и компактность самих устройств, в состав которых они входят. А цена SoC может быть снижена за счет тестирования всех элементов схемы одновременно. Таким образом, SoC надежнее, дешевле и энергоэффективнее, чем такая же система, распределенная на несколько кристаллов. Но у нее есть один серьезный недостаток. Дело в том, что system on chip производятся на крупных технологических платформах, выпускающих сотни миллионов чипов в месяц. Проблема в парадигме SoC заключается в том, что компоновка элементов в чипе представляет собой единый производственный процесс, который невозможно изменить или модернизировать для какого-то отдельного компонента. Для смартфонов и многих других приложений, преимущества SoC, в целом, перевешивают этот недостаток. А для IoT-устройств он имеет значение, так как область их применения слишком широка и условия эксплуатации чипов значительно разнятся. В результате появляются другие модели чипов, без полной интеграции, например, SiP (System in a Package) – система из двух и более кристаллов, помещенных в один корпус.

И все-таки есть ряд общих требований, предъявляемых к чипам для IoT-устройств:

поддержка беспроводных сетей;

Многие производители предлагают решения для Internet of Thing.

Компания Sumsung выпустила семейство аппаратных модулей ARTIK. Самые компактные из них, Samsung ARTIK 020, размером 15х13 мм, имеют встроенную антенну и поддерживают беспроводной стандарт Bluetooth 4.2. 32-разрядный RISC процессор ARM Cortex-M4 производства компании ARM обладает возможностью DSP-вычислений с плавающей точкой (FPU). Флеш-память ARTIK 020 составляет 256 Кб, а оперативная память — 32 кБ. Дальность действия чипа достигает 200 м. Модуль имеет очень гибкие аппаратные интерфейсы для подключения к различным периферийным устройствам или датчикам. ARTIK 020 может использоваться в сенсорах, IoT-устройствах в сфере здоровья, спорта, в домашней и промышленной автоматизации зданий, осветительных приборах и других приборах, поддерживающих технологию Bluetooth LE и рассчитанных на малый или средний радиус действия.

Схема модуля Samsung ARTIK 020. Источник: artik.io

Модули наиболее технологичной линейки Samsung ARTIK 1020 имеют максимальную производительность и предназначены для мультимедийных приложений с интенсивной 3D-графикой или большими, иммерсивными дисплеями, подходит для обработки изображений и управления дронами. Размер платы модуля – 29х39х1.3 мм. На ней размещается 8-ядерная архитектура, состоящая из процессоров Quad Cortex-A15 + Quad Cortex-A7 с поддержкой ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth LE, а также графический процессор MALI GPU от ARM, 2 Гб оперативной памяти, 16 Гб флеш-памяти, полный набор цифровых выходов и входов для камер, дисплеев и аудио. В связи с приостановкой производства этой линейки Sumsung рекомендует новым разработчикам воспользоваться линейкой ARTIK 710. Чипы ARTIK 1020 доступны только для небольших проектов или экспериментирования. Разработки компании в сфере микроэлектроники продолжаются. В прошлом году IT-гигант запустил производство чипов Exynos 7 Quad 7570, увеличив производительность на 70% и начал разработку новых ядер для микроконтроллеров.

Американская компания Texas Instruments имеет широкий модельный ряд микроконтроллеров, процессоров, датчиков, микросхем и трансиверов с низким энергопотреблением, поддерживающих различные беспроводные технологии: Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, 6LoWPAN, субгигагерцовый диапазон и т.д. TI производит чипы для оборудования IoT (конечных устройств, шлюзов), предназначенного для самых разных целей – от носимых устройств и домашней автоматизации до «умных» городов. Своим клиентам для разработки собственных приложений Texas Instruments также предлагает приобрести макетные платы, например, LaunchPad. В качестве среды разработки для них производитель предлагает использовать IAR Embedded Workbench или Code Composer Studio.

Макетная плата MSP-EXP430FR5994 LaunchPad™ Development Kit. Источник: ti.com

Типовой SoC от TI (например, CC2650) выпускается в квадратных корпусах 4×4, 5×5 и 7×7 мм. Кроме размера, корпуса отличаются друг от друга количеством низкоуровневых интерфейсов прямого управления портами ввода-вывода (GPIO). Их может быть 10, 15 или 31.Чип имеет 3 процессорных ядра: 32-разрядный основной процессор ARM Cortex-M3, Cortex-M0 и Sensor Controller, встроенный DC/DC-преобразователь, 128 Кб флеш-памяти и 8 Кб оперативной памяти. Модель поддерживает стандарты Bluetooth, ZigBee, в том числе ZigBee RF4CE, и 6LoWPAN. CC2650 может быть встроен в бытовую электронику, медицинские приборы, промышленные IoT-устройства.

Компания Intel предлагает процессоры, облачные инфраструктуры, а также комплексные решения, предназначенные для Интернета вещей. Кроме этого, на официальном сайте компании представлены отладочные платы для разработчиков, преподавателей и любителей электроники. Плата Intel 2nd Generation Galileo — это аппаратный модуль, сертифицированный для Arduino и программируемый на основе открытого исходного кода. Он имеет разъемы USB, RJ45 и разъем питания, и множество других коннекторов и работает на процессоре Intel Quark- SOC X1000 с частотой 400 МГц.

Плата Intel 2nd Generation Galileo. Источник: makezine.com

Для Интернета вещей Intel разработала линейки микроконтроллеров — Intel Quark SE C1000, Intel Quark D2000, серию Intel Atom для IoT и др. Первые 2 разработки можно приобрести вместе с оценочным комплектом, куда входят плата с датчиками и интерфейсные шины, встроенные коммуникационные модули, программное обеспечение среды для разработки и пакет поддержки платы на основе открытого исходного кода. Осенью 2016 года на IoT Solutions World Congress Intel представила линейку новых процессоров Intel Atom E3900. Компактные габариты, безопасность, повышенная скорость обработки графики новых процессоров позволит создавать новые решения для производства, автомобилестроения, видео-индустрии, ритейла, и других областей. Новинка с успехом может найти свое применение в области «туманных» сетей, так как благодаря новым процессорам конечные устройства смогут сами обрабатывать данные. В Intel Atom E3900 увеличена скорость работы оперативной памяти и пропускная способность шин, добавлены обновленная графическая подсистема, подсистемы для обработки графики и новая технология для синхронизации устройств. На данный момент в линейке представлены 3 модели с базовой тактовой частотой от 1,3 до 1,6 ГГЦ, кэш-памятью 2 МВ L2 и расчетной мощностью от 6,5 до 12 Вт.

Это далеко не все достижения микроэлектроники, связанные с Интернетом вещей. Многие крупные компании по производству полупроводниковых компонентов и микросхем уже приступили к разработке чипов для IoT . Qualcomm Technologies в 2016 году объявила о создании новых процессоров Snapdragon 600E и 410Е, предназначенных для «умных» устройств. Microhip и Amazon Web Services совместно занялись разработкой IoT-платформы, а Huawei вместе с оператором связи LG Uplus начали работу по разработке чипов для NB-IoT. В числе крупнейших производителей микросхем для «умных» вещей можно также назвать Atmel, NXP, Nordic Semiconductor, Cypress Semiconductor Corp., Silicon Labs, STMicroelectronics, Dialog Semiconductor, Renesas, ARM Holdings, Freescale, ST Microelectronics, Gainspan, Redpine Signals, Lantronix, Dialog Semiconductor, Semtech, CEVA, Espressif Systems, U-Blox.

Новое в мире полупроводников

Читаем, обсуждаем, задаем вопросы

STMicroelectronics: Решения в области безопасности для приложений Интернета вещей (IoT)

Компания ST представила новый продукт на рынке аутентификации, который является дополнением широко развернутой системы защиты торговых марок, информационных технологий и модулей доверенных платформ, распространяемым теперь устройства на Интернет вещей.

Данные, получаемые от объектов интеллектуальных электросетей, интеллектуальных городов и домов, интеллектуального промышленного оборудования, в том числе промышленности четвертого этапа индустриализации «Индустрия 4.0», должны быть доверенными, поэтому все больше и больше подключаемых устройств сегодня принимает решения на основе защищенных элементов, аналогичных тем, которые используются в принтерах, персональных компьютерах, игровых устройствах, телефонах, аксессуарах, аккумуляторах и предметах роскоши.

Компания STMicroelectronics предлагает завершенную экосистему готовых к использованию решений для обеспечения идентификации устройств, системной и сетевой целостности, подлинности выбираемых потребителями торговых марок, а также надежности и безопасности Интернета вещей. Эти решения могут использоваться в качестве автономных чипов в потребительских продуктах, например картриджах струйных принтеров, или совместно с прикладными микроконтроллерами, такими как STM32, или микропроцессорами. Семейство элементов безопасности компании ST включает как оптимизированные компоненты — STSAFE-A100, так и гибкие модули доверенных платформ (TPM) на основе Java, совместимые с KERKEY TM и TCG.

Основанные на сертифицированных по спецификации CC EAL5+ чипах, работающих под управлением безопасной операционной системы, разработанной ST, решения компании обеспечивают современный уровень безопасности для объектов и сетей Интернета вещей против следующих угроз:

  • Подделка устройств
  • Искажение пользовательских данных
  • Нарушение функций устройств
  • Нарушение доступа к службам и сетям
Реализация защищенного соединения на основе STSAFE-A100

Отличительные особенности:

  • Функции безопасности — STSAFE-A100:
    • Совместим с новейшим поколением высокозащищенных микроконтроллеров
    • Сертифицирован по стандарту CC EAL5+ AVA_VAN5 Common Criteria
    • Активный защитный экран
    • Мониторинг параметров окружающей среды
    • Защитный механизм против ошибок
    • Уникальный серийный номер, присвоенный каждой микросхеме
    • Защита от атак по сторонним каналам
    • Расширенный алгоритм несимметричного шифрования
    • Алгоритм шифрования на основе эллиптических кривых (ECC) с длиной ключа 256 и 384 бит по стандартам NIST или Brainpool
    • Алгоритм цифровой подписи на эллиптических кривых (ECDSA) с формированием хэш-сумм длиной 256 и 384 бита для генерации цифровой подписи и верификации
    • Генерация ключей по протоколу Диффи-Хеллмана на эллиптических кривых (ECDH)
    • Расширенное симметричное шифрование
    • Шифрование и дешифрование ключей с использованием алгоритмов AES-128 и AES-256
    • Использование канального протокола безопасности на основе AES-128
    • Защищенная операционная система
    • Защищенное ядро STSAFE-A100 для функций аутентификации и управления данными
    • Защита от логических и физических атак
  • Функции безопасности — KERKEY TM
    • Платформа: Java Card TM , GlobalPlatform, ISO/IEC 7816 и Common Personalization
    • Генератор действительно случайных чисел (TRNG), соответствующий стандарту AIS-31 класс P2
    • Улучшенные криптографические алгоритмы:
      • DES/3DES, RSA, ECC и AES
      • SEED, SHA-1, SHA-256, MD5 и CRC16
    • Организует соединение на основе парольной аутентификации
    • Использования протокола согласования ключей PACE
  • Функции безопасности — STSAFE-TPM
    • Активный защитный экран и датчики окружения
    • Блок защиты памяти (MPU), используемый для разделения ресурсов модуля доверенных платформ (TPM) между режимами TPM1.2 и TPM2.0
    • Мониторинг параметров окружающей среды (напряжение питания и тактовая частота)
    • Аппаратная и программная защита от внедрения ошибок
    • Генератор случайных чисел, соответствующий Федеральным стандартам обработки информации (FIPS), выполненный на основе спецификации SP800-90A с длиной хеш-суммы 256 бит для генераторов псевдослучайных чисел (DRBG) и стандарта AIS-31 класс PTG2 для генераторов действительно случайных чисел (TRNG)
    • Криптографические алгоритмы:
      • RSA для генерации ключей длиной 1024 или 2048 бит
      • RSA для цифровой подписи и шифрования
      • HMAC для аутентификации сообщений с использованием хеш-сумм SHA-1 и SHA-256
      • AES с длиной ключа 128, 192 и 256 бит
      • ECC с длиной ключа 224 и 256 бит

Область применения:

  • Аутентификация и безопасность устройств Интернета вещей
  • Системы интеллектуального дома и интеллектуальные электросети
  • Персональные компьютеры и игровые консоли
  • Защита торговых марок (аксессуары, батарейки, печатные платы и др.)
  • Модули доверенных платформ (TPM)

Документация на STSAFE-A100 (англ.)

Документация на KERKEY (англ.)