Общий рынок встраиваемых систем значительно вырос за последние несколько лет. С появлением Интернета вещей (IoT) и промышленного Интернета вещей (IIoT) технология встраиваемых систем стала фактором быстрого роста интеллектуальных и подключенных экосистем IoT. Широкий, разнообразный и сильно фрагментированный рынок встраиваемых систем включает в себя программное обеспечение, платформы разработки и аппаратное обеспечение. Все больше и больше отраслей, продуктов и услуг теперь полагаются на встроенные системы. Промышленные рынки встраиваемых систем включают средства связи, автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, бытовую электронику, военные системы, а также промышленный контроль и другие рынки, включая умные города.
Встроенные системы обычно представляют собой комбинацию аппаратного и программного обеспечения с фиксированными или программируемыми функциями. Встроенные системы могут быть спроектированы для поддержки одной или нескольких конкретных функций в более крупной системе. Примеры включают промышленные системы управления и машины, автомобили, военные системы, такие как авионика и системы вооружения, медицинское оборудование, потребительские товары, смартфоны и автоматизацию зданий.
Для простых,-встраиваемых устройств большого объема, предназначенных для потребительского рынка, стоимость встроенной системы может составлять 99 % оборудования и 1 % программного обеспечения. Однако для узкоспециализированных, небольших-встраиваемых систем, используемых в самолетах, автомобилях или высоконадежных промышленных системах управления, стоимость программного обеспечения может составлять 95 % стоимости встроенной системы, если оно включает тестирование и соответствует стандартам сложных приложений. Ситуация еще больше усложняется тем, что не существует четкой границы между встроенными системами и компьютерами. Даже сегодня ведутся споры о том, является ли смартфон или интеллектуальный шлюз Интернета вещей встроенной системой или автономным компьютером. Там, где традиционные шлюзы Интернета вещей собирают данные беспроводных датчиков и передают их в облако, новые интеллектуальные шлюзы Интернета вещей и периферийные устройства могут поддерживать LAN, WAN. Аппаратные компоненты для рынка встраиваемых систем включают чипы, печатные платы, встроенное ПО, целевые устройства и многое другое. К элементам программного обеспечения относятся платформы разработки,-операционные системы реального времени (RTOS), средства тестирования и многое другое. Конечно, общий рынок этих встроенных систем поддерживает гораздо более крупные устройства и машины.
Встраиваемые устройства часто работают на программном обеспечении, интегрированном с аппаратным обеспечением, включая системы-на-чипе (SoC),-программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), интегральные схемы (ИС), предназначенные для программирования разработчиками встраиваемых систем для выполнения определенных функций, и другие версии встроенного ПО. Это затрудняет полное отделение программного обеспечения от аппаратного обеспечения. Среди поставщиков встроенных систем на этом рынке могут быть те, кто предлагает только программное обеспечение, например инструменты разработки и тестирования, а также операционные системы-реального времени (RTOS). А также те, которые также предлагают FPGA, SoC и другие прошивки.
В целом, встроенные системы являются очень зрелой технологией, и благодаря продолжающейся разработке новых, более мощных процессоров, эта технология теперь может поддерживать следующее поколение интеллектуальных устройств, машин, оборудования и заводов. Встроенные системы представляют собой ключевую технологию для интеллектуальных, подключенных к сети продуктов, машин и систем, которые охватывают промышленный Интернет вещей и поддерживают цифровую трансформацию целых отраслей.
Одной из ключевых тенденций во встроенном пространстве является появление интеллектуальных периферийных устройств, которые помогут сделать промышленные производственные системы и перерабатывающие предприятия частью цифрового предприятия. Встроенный интеллект в датчиках и других измерительных устройствах обеспечит доступ, агрегацию и анализ данных для поддержки расширенной аналитики, делая производственные системы и оборудование частью промышленной экосистемы Интернета вещей и цифровых двойников. Они становятся ключевыми технологиями, помогающими оптимизировать жизненный цикл активов, особенно этапы эксплуатации и технического обслуживания.
Чтобы извлечь выгоду из бизнес-возможностей, поставщикам технологий облачной и периферийной инфраструктуры необходимо продолжать масштабирование для поддержки миллиардов датчиков и десятков тысяч интеллектуальных систем. Edge-устройства должны быть подключены и интеллектуальны. Рынок встраиваемых систем в целом ожидает значительный рост из-за огромного спроса на периферийные интеллектуальные устройства. Растущая экосистема Интернета вещей и устойчивый переход от промышленной автоматизации к кибер-физическим системам, основанным на прогнозной и предписывающей аналитике, в конечном итоге приведут к созданию автономных и самовосстанавливающихся систем. Это станет основным драйвером роста встраиваемых систем в отрасли.
Встроенные системы в промышленности
Встраиваемые системы на протяжении десятилетий были основной технологией в таких отраслях, как аэрокосмическая и оборонная, автомобильная, медицинская техника, связь и промышленная автоматизация. По мере развития процессорных архитектур и увеличения вычислительной мощности в системах и устройствах интеллект и функциональность этих систем возрастают в геометрической прогрессии. Это сделало продукты, в которых традиционно использовались встроенные системы, более умными и мощными, а продукты в других отраслях (потребительские товары, бытовая техника, спортивные товары и т. д.) сделали интеллектуальными и подключенными к сети. Встроенные системы становятся неотъемлемой частью практически всего в нашей жизни.
Автомобильная промышленность
В настоящее время автомобильные приложения представляют собой самый крупный сегмент использования встроенных систем и, вероятно, останутся крупнейшим сегментом в ближайшие годы. В автомобилях встроенные системы используются для информационно-развлекательной системы, обеспечения безопасности, информирования водителя, технического обслуживания и общего управления системой автомобиля. Потребность в расширении транспортных средств с расширенной навигацией, системами помощи водителю и возможностями связи между транспортными средствами-с-улицей только увеличит спрос на встроенные системы. Кроме того, интеллектуальные системы управления расширяются с появлением гибридных электромобилей и электромобилей.
Кроме того, для появления полностью автономных транспортных средств потребуются высокоинтеллектуальные системы. Гораздо сложнее, чем встроенные системы в современных автомобилях. Вычислительные системы в этих транспортных средствах должны будут запускать множество сложных программ и систем искусственного интеллекта для навигации, определения дороги и транспортных средств, структуры дорожного движения, распознавания пешеходов, восприятия и оценки рисков и многого другого. Для встраиваемых систем разрабатывается новое поколение процессоров, отвечающих этим требованиям к вычислениям и интеллекту.
Встроенные системы автомобильного интеллекта
При обсуждении темы искусственного интеллекта в автомобильной промышленности первое, что приходит на ум большинству людей, — это-беспилотные автомобили. Нет сомнений в том, что разработка беспилотных автомобилей является очень активной областью исследований и что эта технология станет жизнеспособной частью транспорта в будущем, если не в ближайшем будущем. Однако сегодняшняя реальность такова, что алгоритмы когнитивного обучения в основном используются для повышения эффективности, безопасности и повышения эффективности процессов, связанных с традиционными транспортными средствами с ручным управлением.
Пока автомобильная промышленность не готова поставить ИИ «за руль», она сначала захочет применить его к текущим серийным автомобилям с широким спектром-технологий помощи водителю. ИИ идеально подходит для обеспечения расширенных функций безопасности подключенных транспортных средств. Функции помощи водителю, встроенные в автомобили, сходящие с конвейера сегодня, могут помочь водителям чувствовать себя комфортно с искусственным интеллектом до того, как автомобиль станет полностью автономным.
Контролируя десятки бортовых датчиков, ИИ может распознавать опасные ситуации, автоматически тормозить и управлять транспортным средством, чтобы избежать аварий, а также обнаруживать и предупреждать водителей об опасностях внутри и вокруг других транспортных средств.
Одной из областей, где клиенты автомобильной отрасли в настоящее время используют ИИ, являются облачные сервисы-на базе ИИ для профилактического обслуживания. В отличие от обычных транспортных средств, подключенные автомобили могут не только предупреждать водителей с помощью контрольных лампочек двигателя и предупреждений о низком уровне шин. Во многих новейших моделях встроенные алгоритмы искусственного интеллекта контролируют сотни датчиков и могут обнаруживать проблемы до того, как они повлияют на работу автомобиля. Контролируя тысячи точек данных в секунду, ИИ может обнаруживать небольшие изменения, которые могут указывать на сбой или неисправность компонента.
Здравоохранение
Здравоохранение — одно из наиболее быстро развивающихся приложений для встраиваемых систем. Например, портативные и портативные терапевтические устройства, а также устройства и оборудование, используемые для мониторинга жизненно важных функций, широко используют встроенные системы. Благодаря небольшим встроенным системам, которые контролируют частоту сердечных сокращений или выявляют заблокированные артерии, встроенные технологии также нашли свое применение в сложных хирургических процедурах.
Хотя физический размер полупроводников, процессоров и микросхем во встраиваемых системах, используемых в здравоохранении, уменьшился, мы также наблюдаем экспоненциальный рост интеллекта и функциональности. Это позволит новому поколению медицинских устройств действовать и вмешиваться в работу тела и его органов новыми и инновационными способами. Небольшие, но мощные устройства смогут удаленно отслеживать и определять состояние нескольких пациентов с помощью мобильных устройств, подключенных к-сетевым диагностическим центрам.
Бытовая электроника
Бытовая электроника на протяжении десятилетий была основным рынком встраиваемых систем, но с появлением Интернета вещей (IoT) этот рынок приобретает новое значение. Умные подключенные продукты требуют новых стандартов проектирования, и встроенный интеллект стал основным компонентом. Инженеры-предприниматели могут включать новые типы датчиков и программного обеспечения в разрабатываемые ими продукты.
Ценность объединения машин и активов на заводах и в инфраструктуре хорошо известна, особенно в плане сокращения незапланированных простоев и оптимизации операций. В свою очередь, будет иметь огромное значение подключение потребительских товаров (смартфонов, устройств для мониторинга сердечного ритма, интеллектуальных приборов, освещения, безопасности и т. д.) для отслеживания, мониторинга, контроля и настройки. Это относится не только к пользователям продуктов, но и к долговечности продуктов, что улучшит конструкцию продуктов в будущем, а также к более крупным системам, в которых содержатся эти продукты.
Автоматизация зданий
Системы автоматизации для умных зданий и систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха используют встроенное программное и аппаратное обеспечение так же, как и отрасль, и в ближайшие годы будут быстро расти. Когда мы вступим в эпоху умных зданий и умных городов, встроенный интеллект станет неотъемлемой частью этих интеллектуальных систем. Автоматизация зданий в первую очередь основана на мониторинге и поддержании условий окружающей среды, освещения и контроля доступа. По мере того, как системы становятся умнее, функциональность умных зданий может расшириться до прогнозирующих и предписывающих систем, определяющих оптимальные условия. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы перейти к полностью автономным и самовосстанавливающимся-системам. Эти системы будут основаны на искусственном интеллекте и машинном обучении, причем все они будут основаны на встроенном интеллекте.