Print

Jablko stále nepadá daleko od stromu

-- 19.09.07

Pokud jde o procesory, zabudované systémy obvykle zaostávaly za svými bratránky v osobních počítačích. Ale společnosti Intel, AMD a další se snaží, aby automatizační a řídicí aplikace mohly začít nové technologie využívat pokud možno ihned po jejich uvedení.

Matt Chang je projektan hardwaru společnosti Opto 22 v Temecula v Kalifornii, která vyrábí automatizační hardware a software. Na této pozici se podílí na vývoji nových produktů a něco mu na zabudovaných čipech vždycky vadilo. Čipy většinou měly funkce, které by on ani žádný jiný projektant automatizačního hardwaru nikdy nevyužil. Tyto zbytečnosti jen zabíraly místo a zvyšovaly cenu a spotřebu energie.

Teď je tomu jinak. „V odvětví polovodičů je to u mnoha nových produktů již téměř překonáno,“ říká Chang.

Pokrok technologie výroby polovodičů, vysvětluje, vedl k takové hustotě tranzistorů, že tyto nadbytečné funkce zabírají jen velmi málo místa. Kromě toho to, co bylo dříve nadbytečné, jako například rozhraní sítě ethernet nebo bezdrátové sítě, je nyní nezbytností. Pro společnost Opto 22, která obvykle navrhuje komerční (off-the-shelf) polovodiče, ceny čipů výrazně poklesly a míra integrace se značně zvýšila.

Tuto situaci a tyto přínosy nevidíme jen u společnosti Opto 22. Pohled na několik výrobců polovodičů ukazuje, kde se zabudované čipy dnes nacházejí a kam se mohou posunout zítra.

 

Pro trhy se zabudovanými čipy nabízí společnost Intel řešení s životním cyklem o délce 5–7 let, jako je například tento procesor Core 2 Duo a čipset Q965. V minulosti takto moderní čipy, určené pro zabudovaná zařízení, přicházely na trh výrazně později než jejich protějšky určené pro osobní počítače. Dnes je zpoždění téměř nulové. (Zdroj: Intel Corp.)

 

Co se děje u Intelu

Je všeobecně známo, že společnost Intel Corp. ze Santa Clary v Kalifornii vyrábí mikroprocesory. Málo se však ví, že tento největší výrobce čipů působil na trhu zabudovaných čipů dříve než na trhu osobních počítačů, jak potvrzuje Phil Ames, marketingový manažer skupiny pro zabudované a komunikační systémy společnosti Intel.

V lednu společnost Intel oznámila průlom ve výrobě 45 nanometrových tranzistorů, zařízení tak malých, že by se jich do špendlíkové hlavičky vešlo 30 milionů. Společnost předpokládá zahájení výroby pomocí této technologie ve druhé polovině letošního roku. Zhruba před 5–6 lety by takové oznámení nemělo pro zabudované čipy příliš velký význam, neboť zpoždění mezi zabudovanými a nejmodernějšími procesory bylo až 24 měsíců. Jak říká Ames, toto je již minulostí. „Nyní je zpoždění téměř nulové.“

Poukazuje na dva případy v roce 2006, kdy oznámení vícejádrového produktu pro osobní počítače bylo za několik týdnů následováno uvedením ekvivalentního zabudovaného čipu. Tato moderní technologie má pro automatizační aplikace řadu přínosů.

Například čip s více nezávislými procesory může vyhradit jedno jádro pro řízení robota v operačním systému reálného času, zatímco druhé jádro řídí podnikové aplikace. Proto základní řídicí procesy netrpí čekáním na procesorové cykly nebo paměť. Přidanou výhodou podle Amese také je, že rozložení pracovní zátěže na větší plochu čipu snižuje spotřebu. Demonstrace v reálném provozu ukázaly, že při porovnání s jednojádrovým procesorem mohou dvoujádrové procesory provozovat dvakrát více aplikací, a to se spotřebou o 40 % nižší, což je pro zabudované aplikace důležitou výhodou.

Ne každý čip Intel se bude vyrábět také jako zabudovaná verze. Společnost ověřuje čip i jeho výrobu tak, aby společnost Intel mohla zaručit pět až sedm let výroby a podpory. Společnost Intel tak činí proto, že průmyslové aplikace mají delší životnost než spotřební produkty a také chce mít jistotu, že vybrané produkty budou splňovat požadavky na dlouhou životnost dříve než zaváže velkoobjemový výrobní závod k podpoře produktu. „Jakmile je ověřování dokončeno a víme, že můžeme zaručit dlouhou životnost těchto produktů, zařadí se do dlouhodobého výrobního plánu zabudovaných produktů, který se poněkud liší od naší nabídky produktů pro osobní počítače,“ říká Ames.

Mezitím, na druhé straně města…

Společnost Advanced Micro Devices Inc., neboli AMD, sídlící také v Sunnyvalu v Kalifornii, je rivalem společnosti Intel. Také ona nabízí zabudované čipy, poznamenává marketingový manažer divize zabudovaných výpočetních řešení společnosti AMD. Zpoždění mezi standardními procesory a zabudovanými verzemi vyrobenými ekvivalentní technologií je nyní zhruba šest měsíců, což je méně, než tomu bylo v minulosti, říká.

Chu říká, že ať už společnost AMD uvádí jakékoli produkty, využívá tu nejnovější technologii pro zajištění potřeb trhu se zabudovanými produkty. Patří zde otázky dlouhodobé životnosti produktu a jeho spotřeba energie. Jako příklad uvádí, že společnost AMD uvedla dvoujádrový čip Athlon určený pro vyspělé zabudované aplikace se jmenovitou spotřebou 35 W. Tento procesor však mívá i stavy se spotřebou pouhých 12 W. „Můžete nastavit rychlost, takže je možné udržet nízkou spotřebu,“ říká Chu.

Přestože lze tyto procesory najít na jednodeskových průmyslových počítačích, AMD rovněž nabízí řadu Geode, která je kompaktní a má velmi nízkou spotřebu. Tyto procesory mohou pracovat s typickým příkonem 1,3 W při rychlosti 433 MHz. Mohou nativně provozovat všechny aplikace operačních systémů Microsoft Windows a Linux a přistupovat k nejrůznějším široce dostupným programům typu 32-bit X86. Nejnovější verze řady Geode běží na frekvenci 600 MHz a má typickou spotřebu 2,6 W.

Ne každý nový čip společnosti AMD se však objeví ve výrobním plánu zabudovaných produktů. Je to částečně proto, že společnost usiluje o poskytování zabudovaných produktů po dobu pěti let, což s sebou nese relativně dlouhodobý závazek pro danou výrobní technologii a produkt. Kromě požadavků zákazníků na dlouhou životnost se mohou objevit také problémy s certifikačními orgány, jako je například Federální letecký úřad (Federal Aviation Administration). V některých případech se po schválení určitého systému již tento systém nesmí měnit, včetně jeho součástí. Proto se společnost AMD nechce zavazovat k výrobě součástky bez zohlednění těchto faktorů.

Váš vlastní design

Kromě dobře známých jmen, jako jsou Intel a AMD, existuje několik dalších hráčů na poli zabudovaných čipů. Jedním z nich je společnost Freescale Inc. z Austinu v Texasu. Tato společnost, která se v roce 2004 oddělila od společnosti Motorola a nyní je v soukromých rukou, má několik desetiletí zkušeností se zabudovanými kontroléry. I když neinvestuje tolik, jako některé velké firmy, společnost Freescale věnuje každý rok přes miliardu dolarů na projekty výzkumu a vývoje nejrůznějších technologií výroby polovodičů.

Jeff Bock, marketingový manažer pro mobilní produkty společnosti Freescale, poznamenává, že společnost tlačí dolů spotřebu a cenu svých produktů. Pokud jde o spotřebu, procesory společnosti mají nové architektury na úrovni čipu, které zákazníkům umožňují rozhodnout, které periferní obvody v rámci čipu zapnou nebo vypnou. Tato funkce, původně vyvinutá pro mobilní aplikace, se stále častěji využívá i v zabudovaných aplikacích.

 

Základní desky pro zabudované aplikace procházejí ověřovacím testováním, které zahrnuje jejich používání a posuzování jinými firmami, než je výrobce čipu. Cílem tohoto procesu je ověřit, zda v těchto aplikacích budou nejmodernější čipy fungovat. Tyto základní desky jsou nabízeny v různých velikostech a podporují různé kombinace procesorů, rozhraní a softwaru.
(Zdroj: AMD Corp.)

 

V oblasti zabudovaných čipů Bock pozoruje trend ústupu od 8bitových a 16bitových čipů ke 32bitovým zařízením. Zdůvodňuje to implementací sběrnice CAN (Controller Area Network) a příchodem bezdrátových protokolů, jako je například ZigBee, což je nízkonapěťová implementace určená pro použití v krátkém dosahu. Zájem o využití těchto nových komunikačních protokolů je často impulsem, který přiměje uživatele k opuštění starých procesorů a přechodu na nové. „Komunikace je často tím, co přiměje uživatele k přechodu na 32bitovou a vyšší výkonnostní úroveň,“ říká Bock.

A dále existují firmy, které si navrhují vlastní řešení a nespoléhají se na zabudovaný procesor pro obecné použití. Například společnost Rockwell Automation z Milwaukee ve státě Wisconsin je dodavatelem automatizace, mj. oblíbených programovatelných řídicích automatů Logix. Společnost nedodává polovodiče na masový trh, ale navrhuje vlastní čipy.

Scott Tenorio, manažer strategie pro kontroléry společnosti Rockwell Automation, poznamenává, že pro tento nezávislý přístup existuje několik důvodů. Díky slévárnám křemíku není příliš nákladné vyrobit zakázkový čip. Navíc díky tomu může společnost zajistit, aby čipy pracovaly dobře na bitové úrovni, a proto může společnosti Rockwell vyrábět čipy co nejkompaktnější a nejúspornější.

Neznamená to, že by společnost Rockwell používala pouze vlastní provedení čipů. Vše závisí na konkrétní aplikaci a na tom, co se považuje za nejlepší řešení. „V každém případě jsme schopní fungovat i s komerčními čipy,“ říká Tenorio.

Jaká je budoucnost?

Ať už jsou zabudované čipy zakázkové nebo univerzální, všechny existují v rámci aktuální technologie výroby polovodičů. V tomto světě dlouho platil Moorův zákon – poznatek, který učinil před více než 40 lety zakladatel společnosti Intel Gordon Moore, že počet tranzistorů na čipu se každých několik let zdvojnásobuje.

Historicky to znamenalo zmenšování lineárních rozměrů kritických funkcí čipu 0,7krát každé tři roky, říká Bob Doering, senior fellow společnosti Texas Instruments z Dallasu ve státě Texas. Toto zmenšování umožnilo společnostem jako je TI nabízet zabudované kontroléry za ještě nižší ceny a s více funkcemi.

Od konce 90. let 20. století se tento trend ještě zrychlil a tato doba se zkrátila na 2,5 roku. Tempo se však v posledních několika letech zpomalilo a je blíže historickému normálu. Neznámou však zůstává, co se stane v budoucnu. Doering se domnívá, že tempo inovací zůstane stejné až do konce dekády nebo do uvedení 32 nm technologie.

Po roce 2010 jsou však perspektivy mlhavé. Může se stát, že technologie bude připravena, ale ekonomika bude slabá. Může být jednoduše příliš drahá a příliš riskantní, zejména, pokud je zapotřebí podstatných změn fotolitografie a dalších výrobních technologií.

Doering však upozorňuje, že není moudré podceňovat nápaditost odborníků v tomto odvětví. Současný technologický spasitel, imerzní fotolitografie, je implementací myšlenky, která v oblasti mikroskopie existovala již po staletí. Takže řešení na vznikající problémy se mohou objevit a Moorův zákon může směle fungovat dál. Jak říká Doering, „Naši inženýři jsou prostě neuvěřitelně vynalézaví v tom, jak nám přidělávat nové vrásky.“

ce

Pro více informací navštivte:

www.amd.com

www.freescale.com

www.intel.com

www.opto22.com

www.ti.com

www.rockwellautomation.com

Autor: Hank Hogan pro Control Engineering


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI