Počítačové platformy určené pro průmyslové použití

 

Po uvedení každého nového procesoru na trh se výrobci zařízení (OEM) znovu ptají, zda bude atraktivní také pro vestavné počítačové systémy. Nebo bude lepší až jeho následující generace? Či je snad lepší počkat ještě déle? To jsou určitě důležité otázky. Ovšem nikoliv nejdůležitější, protože všichni zákazníci tak jako tak chtějí mít vždy tu nejnovější techniku. Významnější je tedy jiná otázka: Jak optimálně integrovat nové procesory do oborově specifických počítačových sestav? Poté, co je vybrán typ procesoru, se objevují další otázky: Jaké doplňující komponenty použít, jaký zvolit formát počítačových desek, jakou architekturu systému, jak zajistit softwarovou podporu, budou k dispozici komponenty s potřebnými certifikáty pro průmyslové prostředí? Vyřešit všechny tyto problémy je náročné na čas a je zapotřebí velké úsilí. Má-li se každý výrobce zařízení potýkat s těmito problémy sám, je to velmi neefektivní. Přitom se takováto situace opakuje s každou novou generací procesorů. Alternativou je místo vývoje systému z jednotlivých komponent požadovat od dodavatele vestavných systémů již vyvinuté a k použití připravené moduly nebo platformy.

 

Pro malé a střední série výrobci strojů a zařízení obvykle nakupují tzv. komerčně dostupné (COTS, Commercial Of The Shelf) desky a moduly. Jejich přizpůsobení konkrétním úlohám zpravidla vyžaduje minimální úsilí. Ale trh se vyvíjí dále: poslední studie společnosti VDC tvrdí, že trh s komerčními vestavnými sestavami ve srovnání s trhem s komerčními počítačovými deskami stále roste. Ačkoliv jednotlivých desek se prodává stále více, podíl integrovaných sestav na trhu poroste z 46 % v roce 2008 na 58 % očekávaných v roce 2011. I kdyby celkový objem trhu stagnoval, znamenalo by to roční nárůst o 6 %. Když se k tomu přidá očekávaný růst celkového objemu trhu, bude meziroční nárůst přesahovat 10 %. To ukazuje na změnu v poptávce, od komerčně dostupných desek ke komerčně dostupným sestavám, pro něž je výstižnější používat termín aplikačně specifická, k použití připravená platforma (Application Ready Platform). Je to podobné jako v automobilovém průmyslu: také zde jde vývoj od mnoha malých dodavatelů jednotlivých komponent k několika velkým dodavatelům jednotných platforem technického vybavení automobilů.

 

Vybrat spolehlivého, silného a kompetentního partnera pro takové složité outsourcované projekty není jednoduché. Jaké předpoklady musí takový partner mít?

 

Výrobci vestavných systémů, kteří jsou schopni splnit všechny požadavky zákazníků OEM tím, že mají k dispozici úplný sortiment standardních desek a modulů, mají dobrý předpoklad k tomu, že budou schopni dodávat zákazníkům cenově výhodné počítačové sestavy. Snižuje to na minimum náklady na vývoj na úrovni desek a modulů, ale také zkracuje dobu uvádění výrobků na trh, což studie VDC označuje jako jedno z rozhodujících hledisek při výběru partnera pro dodávku vestavných systémů. Společnost Kontron, jako jedna z předních světových firem v oboru vestavných systémů, nabízí široký sortiment komerčně dostupných komponent modulárních počítačů COM, jednodeskových počítačů SBC, základních desek, zásuvných desek do sběrnicových slotů i pro montáž na pasivní propojovací desky, stejně jako integrovaných systémů. Ovšem standardní komponenty a systémy ještě nejsou aplikačně specifické, k použití připravené platformy. Sestavy pro specifické segmenty trhu jsou totiž často velmi složité. Například sestavy pro prodejní automaty musí obsahovat čtečky karet, systém pro rozpoznávání mincí, dotykovou obrazovku odolnou proti opotřebení i vandalismu a systém pro manipulaci s vydávaným zbožím. Zařízení musí být vyvinuto, testováno, certifikováno, vyráběno a dodáváno buď s nainstalovaným

softwarem, nebo se softwarem, který se instaluje podle dané úlohy.

 

Je důležité rozlišovat mezi zakázkovou sestavou a aplikačně specifickou platformou. Například na prodejní automat lze zpravidla pohlížet jako na ucelený systém, a ne jako na aplikačně specifickou platformu. Jenže zákazníci OEM stále častěji požadují ne ucelené systémy, ale platformy s možností připojit všechny potřebné periferie podle požadavků dané úlohy. Čím je hardware flexibilnější, čím lépe dokáže splnit požadavky na rozměry, rozhraní atd., tím jsou zákazníci OEM spokojenější, zvláště je-li k dispozici i flexibilní software. Příklad prodejního automatu však ukazuje, jaké jsou výhody aplikačně specifických platforem od firmy Kontron: je to kompletní vyzkoušená sestava připravená k dodávce a instalaci do zařízení určeného pro koncového zákazníka (obr. 1). Kromě standardních produktů musí dobrý dodavatel vestavných systémů umět dodat i zákaznicky přizpůsobené sestavy, pomoci zákazníkovi při řízení jeho projektů prostřednictvím lokální podpory a nabídnout mu další potřebné služby. Zvláště když jde o takové systémy, jako jsou prodejní automaty, bankomaty apod. Ovšem pojem zákaznicky specifická platforma chápe každý zákazník jinak.

 

Co znamená pojem „aplikačně specifický, k použití připravený“ produkt v průmyslu a jací dodavatelé zde mohou uspět? Obecně řečeno, jsou to ti dodavatelé, kteří dokážou splnit všechny požadavky trhu nabídkou komponent i počítačových sestav. Musí nabídnout co nejširší sortiment standardních, komerčně dostupných komponent, splňujících oborově specifické požadavky. Například u vestavných systémů pro zdravotnickou techniku jsou to požadavky normy EN 6060-1/2, zatímco pro farmaceutická a zdravotnická zařízení určená pro americký trh jsou to požadavky FDA. Rozhodujícím faktorem je zde kompetence dodavatele v daném oboru. Proto Kontron v posledních několika letech vyvinul balíčky komponent s plnou certifikací pro dané oblasti trhu. Nabízí aplikačně specifické platformy např. pro telekomunikace. V oblasti panelových počítačů jsou to potom např. panelové počítače Kontron Medical Panel PC Medi s pasivním chlazením splňující požadavky normy EN 6060, určené pro výrobce zdravotnické techniky (obr. 2). Nové jsou také počítače Panel PC Kontron HMITR s procesory Intel Atom E6xx, které splňují požadavky normy EN 50155 (obr. 3). Jsou určeny pro železniční dopravu, ale lze je využít i v jiných úlohách v průmyslu. Co je pro výrobce zařízení důležité, jsou tyto platformy navržené tak, aby zařízení mohla být uvedena na trh v Asii stejně jako v Americe. Zařízení lze tedy nabídnout na trh kdekoliv na světě a náklady na zákaznické úpravy a certifikaci jsou omezeny na minimum. Celý systém přitom dodává jediný dodavatel. Procesorové moduly a desky jsou vyvíjeny dodavatelem a jsou použity standardní komponenty, takže jejich implementace je velmi snadná a sestava jako celek je cenově výhodná. Přitom ji lze snadno přizpůsobit požadavkům zákazníka. Dodavatelé vestavných systémů kategorie ODM (Original Design and Manufacturing) jsou schopni nabídnout i individuálně přizpůsobené systémy. Jestliže jsou tyto služby kombinovány s širokou nabídkou standardních komponent, mohou zákazníci OEM vyvíjet nová zařízení velmi rychle a cenově efektivně.

 

Ovšem k tomu, aby byl systém připraven k použití v dané aplikaci, nestačí jen vybavit ho příslušnými certifikáty. Musí také komunikovat se svým okolím. Často je to otázka vhodných ovladačů, jako např. v případě již zmíněných prodejních automatů, které musí umět komunikovat s informačním systémem banky. V úvahu je nutné brát i mnoho dalších otázek spojených se softwarem. Požadavky sahají od uplatnění uživatelsky specifického systému BIOS nebo EFI, přes umístění zákazníkova loga na aplikační rozhraní až po komplexní požadavky na validaci a portování softwaru pro nové procesorové platformy. Jestliže tyto služby poskytuje přímo dodavatel zařízení, je výsledkem skutečná aplikačně specifická platforma připravená k okamžitému použití: Application Ready Platform. Společnost Kontron tyto služby nabízí v rámci svého Global Software Centre. Jeho cílem je centralizovat všechny individuální požadavky na software a splnit je co možná nejefektivněji.

 

Výrobci zařízení mají mnoho požadavků na to, aby si usnadnili implementaci počítačových sestav. Například požadují konsolidaci hardwaru implementovaného v zařízeních HMI prostřednictvím hypervize nebo virtualizace. Nebo chtějí, aby byl operační systém přizpůsoben dané úloze, včetně ochrany proti neoprávněné manipulaci, či chtějí využít funkce pro dálkovou správu. Prostor pro individuální služby je téměř neomezený. Všem požadavkům lze vyhovět, má-li dodavatel vestavných systémů dostatečně početný tým specialistů na software, kteří splní požadavky zákazníka, přičemž jeho vývojáři se mohou soustředit na vlastní aplikaci.

 

Shrnuto: dodavatel systémů musí mít na úrovni komponent takové znalosti, aby mohl převzít odpovědnost za celou počítačovou sestavu. Sestava by měla být certifikovaná pro danou oblast použití a navíc k ní musí být zajištěna i plná softwarová podpora. Je to všechno, co může uživatel očekávat od dodavatele vestavných systémů? Ne nutně. Svou roli hrají ještě dva činitele. Za prvé, je zapotřebí, aby dodavatel poskytoval aplikačně specifické služby, které nejsou závislé na okamžitých vývojových trendech v oblasti hardwaru. Protože nic není nebezpečnější, než když je dodavatel vestavných systémů ve vleku momentálních fluktuací v poptávce. Jistější je, má-li dodavatel dostatečný záběr a sortiment. Za druhé, je-li rozhodující doba uvedení výrobku na trh, je nepřijatelné, aby výrobce průmyslových počítačů zaostával za vývojem procesorů o celou generaci. Dodavatel musí mít dostatečný inovační potenciál, aby mohl dodávat aplikačně specifické, k použití připravené platformy s nejnovějšími procesory. Kontron s téměř 900 vysoce kvalifikovanými inženýry to může zákazníkům zaručit.

 

Rozhodujícím kritériem pro hodnocení nově vyvinutých systémů je jejich opětovné použití, třeba v poněkud jiné podobě, ale také partnerství s předními výrobci čipů a softwaru. Taková partnerství poskytují v krátké době přístup k nejnovější technice, jako jsou např. energeticky úsporné 32nm procesory, a schopnost co nejrychleji je implementovat. Ideální je, jsou-li krátce po uvedení nových vestavných procesorů k dispozici příslušné desky a systémy připravené k implementaci. Kontron je členem Intel Embedded Alliance, proto může dávat na trh produkty téměř současně s uvedením nových procesorů na trh. Díky tomu byla tato firma schopna přijít s dvěma novými produkty současně s uvedením nového procesoru Intel Atom E6xx: v oblasti modulů a desek to byl Kontron nanoETXexpress-TT a v oblasti systémů Railway Panel PC Kontron HMITR. Za pozornost stojí zvláště produkt z oblasti systémů, protože tento panelový počítač je navržen tak, aby splňoval veškeré železniční předpisy, a tudíž reprezentuje aplikačně specifickou, k použití připravenou platformu, která může být bez jakéhokoliv zpoždění integrována do zařízení určeného pro koncového zákazníka. Trh vestavných systémů se posunul směrem, který je dobře znám na trhu standardních PC: výrobci přicházejí na trh s novými systémy okamžitě, jakmile jsou na trh uvedeny nové procesory.

 

Ještě naposledy se vraťme k definici výrazu „aplikačně specifický“. Klíčové je, jaké jsou potřeby zákazníků OEM. Jestliže chce zákazník OEM objednat systém, který je kompletně sestaven, může mu tuto službu poskytnout firma specializovaná na dodávky hotových vestavných počítačových systémů. Kontron dodává i takové systémy, jakými jsou např. již zmíněné prodejní automaty.

 

Řídicí systém Kontron Venturo In-vehicle pro autobusy a tramvaje, který společnost Kontron nedávno uvedla na trh, již na pohled nevypadá jako hotový vestavný systém, který je certifikován pro konkrétní průmyslové odvětví. Je to aplikačně specifická, pro použití připravená platforma, kterou Kontron nabízí jako jediný dodavatel na trhu. Vedle centrálního palubního počítače tato platforma OEM obsahuje také ovládací pult řidiče, čtečku karet RFID a zvukový a hlasový modul s funkcí tísňového volání, který pracuje nezávisle na centrálním počítači. Zákazníci OEM, systémový integrátor a operátoři veřejné dopravy mohou vybavit autobusy hardwarem Kontron a uvedený systém ihned využívat. Společnost Kontron nevyvíjí aplikační software a nezabývá se integrováním systému ani údržbou v místě instalace, ale je silným a spolehlivým partnerem zákazníků OEM a systémových integrátorů. Zákazníkem – ať již poptává vestavnou počítačovou techniku z jakékoliv úrovně – je pro Kontron vždy OEM nebo systémový integrátor, nikoliv koncový uživatel.

 

 

Okamžitě po uvedení nového procesoru Intel Atom E6xx uvádí Kontron na trh dva systémy pracující v rozšířeném rozpětí teplot (–40 až +85 ° C) vybavené tímto nejnovějším procesorem Intel: Kontron nanoETXexpress-TT a panelové PC Kontron HMITR. S integrovanou paměťovou řídicí jednotkou podle standardu PCI Express a audio- a videoakcelerátorem na jediném čipu představuje tato aplikačně specifická, k použití připravená platforma další pokrok ve snižování příkonu. Rozhraní založené na standardu PCI Express u nového procesoru Atom poskytuje maximum pružnosti pro rozvržení jednotlivých vstupů a výstupů systémů založených na procesorech x86. Jako součást služeb ODM nabízí Kontron zákazníkům OEM možnost navrhnout jednotlivé moduly, desku i rozvržení systému v podobě integrovaného jednočipového mikropočítače System-on-Chip (SoC). Na přání Kontron implementuje interně naprogramovaná hradlová pole FPGA, obvody ASIC nebo vyhrazená standardní zařízení PCIe.