In dem Maße, in dem sich eingebettete Systeme in nahezu sämtlichen Anwendungsgebieten ausbreiten, ändern sich die Schwerpunkte, welche die Entwickler und Anbieter setzen müssen. Wurde früher vorwiegend auf Leistung, Zuverlässigkeit, Echtzeitfähigkeit und Miniaturisierung gesetzt - alles Eigenschaften, die mittlerweile selbstverständlich geworden sind -, so spielen heutzutage Sicherheit (Safety und Security), Usability, Skalierbarkeit sowie höchste Energieeffizienz (Stichwort: Ultra-Low Power) die Schlüsselrollen bei den Hardware- wie den Softwareneuheiten. Hier spielt auch das aktuell so häufig gebrauchte „Internet der Dinge“ (IoT) eine Rolle. In dem Maße, in dem das IoT jeden Aspekt unseres Lebens durchdringt, von der Arbeitsstätte bis ins eigene Heim sowie alle Bereiche dazwischen, benötigen sämtliche künftigen Gegenstände und Geräte eine höhere eingebettete Leistung, I/O-Connectivity und Energieeffizienz in einem möglichst kleinen Gehäuse.
Neue Player im Markt
Gleichzeitig verschieben sich sowohl die Geschäftsmodelle als auch die Konkurrenzsituationen. Denn die Halbleitergiganten, die einst mit dem PC & Co. mehr als nur gut leben konnten und das Embedded-Feld anderen überließen, sehen sich in ihrem ureigenen Applikationsbereich in jüngerer Zeit mit sinkenden Umsätzen konfrontiert und haben den Embedded-Boom als die heilbringende Alternative erkannt. Man könnte den Einstieg von Intel und AMD indes durchaus als Bereicherung ansehen, denn sie erweitern die Embedded-Lösungen im Vergleich zu den häufig einmaligen, spezifischen SoC-Lösungen um eher konventionelle Lösungsansätze mit Mikroprozessoren. AMD will - so mit der neuen Single-Chip-x86-APU auf Basis der Jaguar-Familie, die Ende April vorgestellt wurde - sein Geschäft in diesem potenziell sehr lukrativen Markt stark ausbauen und es baldmöglichst zu einer tragenden Säule des Unternehmens machen. „Durch die Kombination der Leistungsfähigkeit einer x86-CPU mit der Leistung der Radeon-Graphik sowie der I/O-Verbindung auf einem einzigen Chip ist AMD der Konkurrenz hier klar einen Schritt voraus“, erläutert Colin Barnden, Principal Analyst von Semicast Research. Bereits im letzten Quartal dieses Jahres sollen rund 20 Prozent des AMD-Umsatzes im Embedded-Bereich erzielt werden (5Prozent waren es im letzten Herbstquartal), und längerfristig erhofft man sich im erweiterten Embedded-Umfeld sogar Anteile bis zu 50 Prozent. Charles King, President des IT-Analysten Pund-IT, hält den AMD-Einstiegin den übervölkerten Marktsektor für sinnvoll. Denn auf diese Weise werden die bisherigen Investitionen in Mikroarchitektur sowie der Erwerb der Grafiktechnologien von ATI optimal genutzt. Wobei AMD nach Meinung von King wohl einen mehr standardisierten Entwicklungsansatz ins Auge gefasst hat mit Prozessoren, die sich für eine Vielzahl von Use-Cases verwenden lassen. Generell zählen zu den Triebfedern für den ständigen Umbruch einerseits die hohen Ansprüche der Leitbranchen Kfz-, Industrie- oder Medizintechnik, andererseits aber auch die Vorreiterrolle der Informations- und Kommunikationstechnik. Sie hat unter anderem zu einem Umdenken in der Erwartungshaltung bezüglich der Bedien- und Verfügbarkeit bei den Verbrauchern geführt, die sich bis in die letzte hochtechnische Applikation und bis in die Produktionsumgebung hinein auswirkt. Darüber hinaus geht am Horizont bereits das ganze Bündel der Smart-Technologien auf, ohne die weder die Energieversorgung oder die Energiewende noch die bevorstehende Automatisierung des letzten Eigenheims realisierbar wäre. Auch Big Data, die unvorstellbar große Menge der anfallenden digitalen Daten und eines der Schlagwörter des Jahres, ist letzten Endes auf Embedded-Systeme angewiesen. Mit der Cloud sowie der Verfügbarkeit kostengünstiger Speichermöglichkeiten wird Big Data vor allem zur Verwendung in Business-Intelligence(BI-)Lösungen attraktiv.
Datenmengen beherrschen
Nach Angaben von IT-Fachleuten sind 90 Prozent der weltweiten Daten weniger als zwei Jahre alt. Raffinierte Software-Tools werten diese Flut aus und führen sie einer sinnvollen Nutzung zu. Sie entstammen allen erdenklichen Quellen: Sensoren, Kameras, Überwachungssystemen, Steuerungen, aber auch intelligenten Kommunikationsgeräten wie dem Smartphone. Was bedeutet, dass die Elektronikingenieure bei der Geräteentwicklung stets die Weiterverarbeitung der anfallenden Daten im Hinterkopf haben müssen. Zum Beispiel bei einer Maschinensteuerung. Diese erfasst und sammelt auch bisher schon Daten, die zur Verbesserung der Ausbeute oder zur Anpassung an den weltweiten Bedarf Verwendung finden können. Der Einsatz von BI-Paketen wird indessen die Art und Weise, wie Geschäfte abgewickelt werden, zusätzlich stark verändern. Doch dafür müssen die Daten relevant, zeitgerecht und stets verfügbar sein. Robuste, zuverlässige Geräte müssen sie erfassen, vor Ort speichern, formatieren und zur Auswertung übertragen. Genau dafür werden entsprechend maßgeschneiderte Embedded-Produkte entwickelt. Die Analyseergebnisse sorgen im nächsten Schritt für den raschen Wettbewerbsvorteil, der das ultimative Ziel jeder Geschäftstätigkeit ist. Embedded-Systeme sind außerdem Voraussetzung für digitale Umwandlung, Steuerung, Verarbeitung und Speicherung von Energie mit einer exponentiell ansteigenden Effizienz und sinkenden Kosten. Da Energie die Grundlage für jede moderne Technologie ist, wird ihre Digitalisierung beträchtliche Auswirkungen auf Unternehmen und die Wirtschaft haben. Dafür sorgen leistungsfähige Design-Tools, ein hohes Maß an verfügbarer Prozessorleistung sowie hoch effiziente Leistungstransistoren. Letztere teilen die Energie in Pakete auf, die sich - gesteuert von schnellen eingebetteten Steuersystemen - sehr genau umwandeln und handhaben lassen.
Gesteigerte Leistung
Allen voran IGBTs, die über mehrere Generation hinweg ihre Energieeffizienz alle elf Jahre verdoppelt haben. Bis 2020 soll ein 5-MW-Umrichter für eine Wind- oder Solarfarm 27-mal kleiner sein als seine Vorgänger in der �?ra 2000. Die Leistung per US-Dollar (PPD, Power per Dollar) von Embedded-Prozessoren und FPGAs hat schwindelerregend zugenommen - 5-Millionen-mal seit 1980. Ganz nach Moore´s Law konnten digitale Steuersysteme die PPD ihrer analogen Vorgänger Ende der 90-er Jahre hinter sich lassen. Ein weiterer Faktor, der zu einer 40-fachen PPD-Steigerung der Embedded-Systeme beigetragen hat, ist die Integration von Mikroprozessoren, DSPs und FPGAs in einem einzigen Chipsatz und die damit verbundene Kostensenkung. Dadurch wurden die effizienten mathematischen Fähigkeiten von DSPs mit der parallelen, Hardware-beschleunigten Welt der rekonfigurierbaren FPGA-Struktur vermählt - für digitale Energie ein schlagendes Argument.Die PPD von eingebetteten Computer-Chipsätzen hat sich alle 14 Monate verdoppelt; dieser Zeitraum wird künftig kürzer sein als die durchschnittliche Entwicklungszeit von 13 Monaten. Das kann zu einem teuren und riskanten Verhalten, sprich: zu einem fortwährenden Redesign zwingen, weil zum Zeitpunkt der Produktfreigabe Chipsätze mit der doppelten PPD erhältlich sind. Bei der derzeitigen Rate wird sich die Leistung dieser Chipsätze bis 2020 mehr als achtmal verdoppeln. Ein 2020 gekaufter Prozessor-Chip wird also voraussichtlich eine mindestens 256-mal höhere PPD haben als ein derzeitiger.Eine Lösung könnte eine hybride Embedded-Design-Methodik sein, bei der die Prozessor-/DSP-/FPGA-Board-Entwicklung außer Haus gegeben wird. Beispielsweise bietet National Instruments ein rekonfigurierbares, handelsübliches (COTS) Embedded-System mit vorvalidierten I/O-Interface-Blöcken und Design-Tools auf Systemebene. Das Design wird ständig auf die jeweils neuesten Chipsätze mit der höchsten PPD aktualisiert, gleichzeitig werden sowohl Software-Kontinuität als auch langfristige Unterstützung und Service angeboten. Die Ingenieure brauchen sich nur noch auf die Entwicklung von firmenspezifischen Schaltungen, die Mechanik sowie die Leistungselektronik rund um ein COTS-Embedded-System zu konzentrieren. Dadurch lassen sich über 90 Prozent der Kosten für die Entwicklung von FPGA-Software auch hochwertigen Tasks zuordnen, während dafür bei der herkömmlichen Design-Methode lediglich 20 bis 30 Prozent zur Verfügung standen.
