Ключевые отраслевые тенденции влияют на дизайн встраиваемых систем

Встроенные технологии развиваются - работают быстрее, становятся более компактными и менее затратными. Суперкомпьютер с графическим процессором (ГП) можно держать в одной руке и покупать менее чем за 100 долларов США. Его можно использовать для разработки искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения. Модули искусственного интеллекта, необходимые автономным автомобилям для управления транспортным средством, теперь могут поместиться в автомобиле. Давайте посмотрим на пять основных тенденций.

Быстрый рост беспроводных подключений

Согласно исследованию Grand View Research, к 2025 году рынок Интернета вещей составит 1 триллион долларов США. Это огромное количество подключений, которые улучшат многие области нашей жизни, включая производство, розничную торговлю, энергетику, умные города, здоровье. уход, транспортировка и многое другое. Инициатива промышленного сектора «Индустрия 4.0» могла бы стать первой, которая принесет плоды. Благодаря профилактическому обслуживанию, мониторингу данных в реальном времени и отчетности о том, что подключения к Интернету вещей становятся возможными, умные предприятия будут производить больше с меньшими затратами.

Эпоха 5G повысит скорость передачи данных до 20 Гбит / с; 6G обещает быть еще быстрее. А также наличие маломощных глобальных сетей (LPWAN), а также микросхем и устройств от таких поставщиков, как NimbeLink, Sequans, MultiTech , Elektronik, Digi и Telit , взрывной рост беспроводных подключений продолжит ускоряться. Интернет вещей будет везде.

Скорость - это все

Многоядерные процессоры работают лучше, потому что они могут выделять отдельные ядра для выполнения уникальных вычислительных задач, таких как обработка графики. Практически все знакомы с 8- или 16-ядерными процессорами. Однако в последнее время Intel и AMD продвигают 128-ядерные процессоры. Arm, IP-компания, включила разработку 192-ядерного процессора на базе 5 нм в свою дорожную карту, стремясь превзойти всех остальных. Неудивительно, что Nvidia, лидер по производству графических процессоров, в настоящее время преследует цель покупки Arm за 40 миллиардов долларов США.

Все гонятся за сверхскоростью в ожидании Интернета 5G (в настоящее время продемонстрировано, что он поддерживает скорость нисходящего канала 10 Гбит / с по сравнению с 0,5 Гбит / с для 4G LTE). Процессоры, Интернет и системы станут не только быстрее, но и сверхбыстрее.

Отдельно миссия квантовых вычислений - обеспечить очень быстрые вычислительные возможности для научных исследований и машинного обучения. Квантовые вычисления позволяют решать проблемы за секунды, а не за дни, которые требуются обычным компьютерам для решения аналогичных задач. Вместо использования битов для представления состояния 0 или 1, подход квантовых вычислений заключается в использовании квантового бита или кубита для представления 0 и 1 одновременно.

Хотя квантовые вычисления работают быстро, измерение кубита является сложной задачей. Однако недавно команда из финского университета Аалто смогла измерить кубит, используя лишь очень небольшое количество энергии, что потенциально продвигает технологию вперед.

Еще одна проблема - контролировать маршрут, по которому будет двигаться кубит. Но исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Городского университета Нью-Йорка в США сообщили о создании и прямой интеграции квантовых излучателей в фотонную ИС-платформу на основе нитрида алюминия.

Несомненно, квантовые вычисления сыграют роль в увеличении скорости вычислений, но до широкого распространения квантовых вычислений еще несколько лет.

Кибератаки становятся все более частыми и опасными

Число кибератак растет, и хотя такие атаки всегда были разрушительными, они становятся все более опасными. Например, по мере распространения пандемии весной Всемирная организация здравоохранения предупредила, что кибератаки на организацию увеличились в пять раз по сравнению с числом годом ранее. Печально известная атака на энергосистему Украины оставила без электричества 200 000 потребителей, что стало серьезным нарушением повседневной жизни - и это не был единичный инцидент.

Есть много разных типов вредоносных программ. При атаках программ-вымогателей хакеры захватывают систему и требуют выкуп от своих жертв, чтобы вернуть контроль законным владельцам. Хакеры-вымогатели становятся все более изощренными и жадными. Они нападали на предприятия, государственные учреждения и даже больницы.

В сентябре смерть пациента в Германии была напрямую связана с кибератакой. Ей требовалась срочная медицинская помощь, но атака программы-вымогателя на больницу Дюссельдорфа, в которую она была срочно доставлена, помешала учреждению предоставить необходимые услуги для спасения ее жизни. Пациент был переведен в больницу за 20 миль, но было уже слишком поздно. Это было первое сообщение о трагедии подобного рода, но, возможно, не последнее.

С установлением большего количества подключений и более высоких скоростей 5G такие атаки, вероятно, станут более частыми. Чтобы противостоять им, организации наращивают усилия по обеспечению кибербезопасности. По прогнозам, к 2025 году доходы от кибербезопасности достигнут 254 млрд долларов США. Встроенное программное обеспечение и оборудование для обеспечения безопасности растут в геометрической прогрессии. Новые конструкции оборудования все чаще включают в себя встроенные микросхемы безопасности от Infineon, Microchip, STMicroelectronics, Micron, Winbond и других.

Гонка между кибератаками и контратаками накаляется.

Виртуальная реальность становится реальностью

С самого начала разработки 3D-виртуальной реальности для игр VR и ее ответвления превратились в серьезный и очень прибыльный бизнес. Первоначальная концепция виртуальной реальности была расширена и включает дополненную реальность (AR), смешанную или объединенную реальность (MR) и расширенную реальность (XR), что расширило эту технологию до ряда промышленных и коммерческих приложений.

AR идеально подходит для тренировок. Пользователи носят прозрачные очки с информацией, отображаемой на экране. Информация может быть, например, инструкцией по выполнению процедуры ремонта оборудования. MR делает еще один шаг вперед, позволяя пользователям просматривать как реальную ситуацию, так и другие возможные сценарии, смешивая реальные и созданные изображения. Наконец, XR - это идеальное приложение, проецирующее голографические изображения, которые выглядят как настоящие, физические объекты. Например, XR предоставит новое измерение удаленной конференц-связи; В отличие от традиционной видеоконференцсвязи, при использовании XR изображение человека будет отображаться перед пользователем, как если бы проводилась личная встреча.

Приложения виртуальной реальности, которые могут повысить производительность, охватывают широкий спектр, включая медицину, производство, обучение и развлечения. Например, врачу-стажеру требуется много практического опыта, который может быть дорогостоящим, если не трудно найти. С помощью VR можно настроить симуляцию для практики медицинского стажера, не рискуя совершить серьезную ошибку на реальном пациенте.

Умные очки смешанной реальности Microsoft HoloLens (Изображение:Microsoft)

Организации первого уровня, инвестирующие в виртуальную реальность, включают, в частности, Microsoft, Google и Intel. Наблюдатели рынка ожидают, что в ближайшие месяцы появятся новые инновации и возможности виртуальной реальности. По мере того, как пандемия набирает обороты, например, виртуальные встречи, похожие на голографические, могут стать лучшим вариантом после встреч с коллегами лицом к лицу (реальным).

Искусственный интеллект будет присутствовать в каждом встраиваемом дизайне

Искусственный интеллект и его практическое применение, машинное обучение, набирают обороты, и ожидается, что со временем все больше встраиваемых дизайнов будут включать эти концепции. Сегодня ИИ используется практически в любом сегменте, о котором вы только можете подумать, включая розничную торговлю, здравоохранение, автономное вождение, электронную коммерцию, производство, цепочку поставок, промышленное управление, развлечения, банковское дело и многое другое.

Например, система на основе искусственного интеллекта может быть оснащена видеокамерой, чтобы гарантировать, что рабочие носят надлежащую защитную одежду во время работы. Сегодня интеллектуальная фабрика, оснащенная IoT и AI, может повысить производительность, отслеживая работу в режиме реального времени и заставляя AI принимать решения, позволяющие избежать операционных ошибок. В конечном итоге ИИ мог бы сделать гораздо больше. Согласно одному из видений будущего завода, предприятие будет использовать искусственный интеллект и робототехнику для переоборудования на лету для производства другого продукта. Например, на конвейере, на котором сегодня будут собирать медицинские устройства, на следующий день могут быть изготовлены носимые умные часы.

AI также может сделать банковские и другие транзакции более безопасными. Flowchain, блокчейн-организация с открытым исходным кодом, базирующаяся в Тайване, предложила способ объединения технологий Интернета вещей, искусственного интеллекта и блокчейна для создания более безопасного подхода к интеллектуальному анализу данных. Блокчейн - это относительно новое решение электронного реестра для обеспечения безопасности. Когда транзакция ожидает завершения, все заинтересованные стороны уведомляются и должны согласиться, прежде чем она будет разрешена.

Партнерство в области ИИ включает сотрудничество между Nvidia и VMware, компанией-разработчиком программного обеспечения, помогающей промышленным сегментам подключаться к мультиоблакам. Партнеры намерены предоставить комплексную корпоративную платформу для ИИ. Intel объединилась с вычислительным центром Гейдельбергского университета в попытке догнать де-факто лидер Nvidia.

В то же время становится доступно больше оборудования для искусственного интеллекта по более доступной цене. Nvidia недавно анонсировала переупакованный модуль графического процессора по цене 59 долларов США, намереваясь сделать его общедоступным. Компактный модуль предлагает множество портов ввода-вывода, включая USB, HDMI и гигабитный Ethernet, и поддерживает проекты с открытым исходным кодом на основе модуля.

Nvidia’s Jetson Nano 2 ГБ (Изображение:Nvidia)

ИИ-стартап Hailo недавно запустил модуль ускорения ИИ на основе собственного чипа Hailo-8, чтобы конкурировать с Google и Intel.

Возможности использования ИИ ограничены только воображением. А поскольку аппаратное обеспечение ИИ дешевеет, ожидается, что встроенные конструкции добавят возможности ИИ.

L впереди

Пандемия заставила нас взглянуть на все по-другому. Некоторые отрасли перевернулись с ног на голову и могут навсегда измениться. Компании, работающие в сфере путешествий и развлечений, изо всех сил пытались заново изобрести себя, и некоторые из них были вынуждены закрыться навсегда. Но произошел бум телемедицины, частично благодаря новым медицинским устройствам, которые соединяют врачей и пациентов онлайн. Больше показателей жизнедеятельности теперь можно измерить дома, а данные станут доступны врачам удаленно.

Встроенные технологии будут продолжать развиваться, даже несмотря на то, что пандемия, возможно, изменила пути к такому расширению. Забегая вперед, ожидайте увидеть еще более взрывной рост беспроводных подключений, более быструю встроенную обработку и вычисления, больше решений для кибератак и контратак, более совершенную виртуальную реальность и искусственный интеллект в каждой встраиваемой конструкции.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times Europe.