Schlüsseltrends der Branche prägen das Embedded Design

Eingebettete Technologien entwickeln sich weiter – sie sind schneller, werden kompakter und kosten weniger. Ein Supercomputer mit Grafikprozessor (GPU) kann in einer Hand gehalten und für weniger als 100 US-Dollar erworben werden. Es kann für die Entwicklung von künstlicher Intelligenz (KI) und für maschinelles Lernen verwendet werden. Die KI-Module, die autonome Autos zur Steuerung des Fahrzeugs benötigen, können nun ins Auto passen. Schauen wir uns die fünf wichtigsten Trends an.

WLAN-Verbindungen verzeichnen ein explosionsartiges Wachstum

Laut Grand View Research wird das Internet der Dinge bis 2025 voraussichtlich ein Marktvolumen von 1 Billion US-Dollar sein. Dies stellt eine enorme Anzahl von Verbindungen dar, die viele Bereiche unseres Lebens verbessern werden, darunter Produktion, Einzelhandel, Energie, Smart Cities, Gesundheit Pflege, Transport und mehr. Die Industrie 4.0-Initiative des verarbeitenden Gewerbes könnte die erste sein, die davon profitiert. Mit der vorbeugenden Wartung, der Echtzeit-Datenüberwachung und der Berichterstattung, die IoT-Verbindungen ermöglichen, produzieren intelligente Fabriken mit weniger mehr.

Die 5G-Ära wird die Übertragungsgeschwindigkeit auf 20 Gbit/s erhöhen; 6G verspricht noch schneller zu werden. Und mit der Verfügbarkeit von Low-Power-Wide-Area-Networks (LPWANs) zusammen mit Chips und Geräten von Anbietern wie NimbeLink, Sequans, MultiTech , Elektronik, Digi und Telit , das explosionsartige Wachstum der drahtlosen Verbindungen wird sich weiter beschleunigen. Das IoT wird überall sein.

Geschwindigkeit ist alles

Multicore-Prozessoren bieten eine bessere Leistung, da sie einzelne Kerne für die Ausführung einzigartiger Rechenaufgaben wie z. B. der Grafikverarbeitung verwenden können. Fast jeder kennt 8- oder 16-Kern-Prozessoren. In letzter Zeit haben Intel und AMD jedoch 128-Kern-Prozessoren vorangetrieben. Arm, ein IP-Unternehmen, hat die Entwicklung eines 5-nm-Knoten-basierten 192-Kern-Prozessors auf seine Roadmap gesetzt, um alle anderen zu übertreffen. Kein Wunder, dass Nvidia, ein führendes GPU-Unternehmen, derzeit den Kauf von Arm für einen Preis von 40 Milliarden US-Dollar anstrebt.

Jeder jagt in Erwartung des 5G-Internets nach Supergeschwindigkeit (derzeit wird nachgewiesen, dass es Downlink-Geschwindigkeiten von 10 Gbit/s erreichen kann, gegenüber 0,5 Gbit/s für 4G LTE). Prozessoren, Internet und Systeme werden nicht nur schneller, sondern superschnell.

Unabhängig davon besteht die Mission von Quantencomputing darin, sehr schnelle Rechenkapazitäten für die wissenschaftliche Forschung und das maschinelle Lernen bereitzustellen. Quantencomputing kann Problemlösungen in Sekunden ermöglichen, anstatt in Tagen, die herkömmliche Computer für ähnliche Probleme benötigen würden. Anstatt Bits zu verwenden, um einen Zustand von 0 oder 1 darzustellen, besteht der Ansatz von Quantencomputing darin, ein Quantenbit oder Qubit zu verwenden, um 0 und 1 gleichzeitig darzustellen.

Während Quantencomputer schnell sind, ist die Messung des Qubits eine Herausforderung. Ein Team der finnischen Aalto-Universität konnte das Qubit jedoch kürzlich mit nur einer sehr geringen Energiemenge messen, was die Technologie möglicherweise vorantreibt.

Die Kontrolle der Route, die ein Qubit nehmen wird, ist eine weitere Herausforderung. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der City University of New York in den USA berichteten jedoch über die Erzeugung und direkte Integration von Quantenemittern in eine photonische IC-Plattform auf Aluminiumnitridbasis.

Zweifellos wird Quantencomputing eine Rolle bei der Erhöhung der Rechengeschwindigkeit spielen, aber eine weit verbreitete Quantencomputing-Technologie wird noch einige Jahre entfernt sein.

Cyberangriffe werden häufiger und gefährlicher

Cyberangriffe haben zugenommen, und obwohl solche Angriffe immer störend waren, werden sie immer gefährlicher. Als sich die Pandemie im Frühjahr ausbreitete, warnte beispielsweise die Weltgesundheitsorganisation, dass sich die Zahl der Cyberangriffe auf die Organisation im Vergleich zum Vorjahr verfünffacht habe. Der berüchtigte Angriff auf das ukrainische Stromnetz ließ 200.000 Kunden ohne Strom zurück, eine große Störung des täglichen Lebens – und es war kein Einzelfall.

Es gibt viele verschiedene Arten von Malware. Bei Ransomware-Angriffen beschlagnahmen Hacker ein System und verlangen von ihren Opfern ein Lösegeld, um die Kontrolle an die rechtmäßigen Besitzer zurückzugeben. Ransomware-Hacker werden immer ausgeklügelter und gieriger. Sie haben Unternehmen, Regierungseinrichtungen und sogar Krankenhäuser angegriffen.

Im September wurde der Tod eines Patienten in Deutschland direkt mit einem Cyberangriff in Verbindung gebracht. Sie brauchte dringend medizinische Versorgung, aber ein Ransomware-Angriff auf das Düsseldorfer Krankenhaus, in das sie zur Behandlung eingeliefert worden war, verhinderte, dass die Einrichtung die erforderlichen Dienstleistungen zur Rettung ihres Lebens bereitstellte. Der Patient wurde in ein 32 Kilometer entferntes Krankenhaus umgeleitet, aber es war zu spät. Dies war der erste Bericht über eine Tragödie dieser Art, aber vielleicht nicht der letzte.

Mit dem Aufbau von mehr Verbindungen und höheren 5G-Geschwindigkeiten werden solche Angriffe wahrscheinlich häufiger. Um ihnen entgegenzuwirken, verstärken Unternehmen ihre Cybersicherheitsbemühungen. Prognosen gehen davon aus, dass die Einnahmen aus der Cybersicherheit bis 2025 254 Milliarden US-Dollar erreichen werden. Embedded-Security-Software und -Hardware wachsen exponentiell. Neue Hardware-Designs enthalten zunehmend integriertes Sicherheits-Silizium von Infineon, Microchip, STMicroelectronics, Micron, Winbond und anderen.

Der Wettlauf zwischen Cyberangriffen und Gegenangriffen wird sich aufheizen.

Virtuelle Realität wird Realität

Seit der frühen Entwicklung von 3D Virtual Reality für Spiele haben sich VR und seine Ableger zu einem ernsthaften und ernsthaft profitablen Geschäft entwickelt. Das ursprüngliche VR-Konzept hat sich weiterentwickelt und umfasst Augmented Reality (AR), Mixed oder Merged Reality (MR) und Extended Reality (XR), wodurch die Technologie auf eine Reihe von industriellen und kommerziellen Anwendungen erweitert wird.

AR ist ideal für das Training. Benutzer tragen eine durchsichtige Schutzbrille mit auf dem Bildschirm eingeblendeten Informationen. Bei den Informationen kann es sich beispielsweise um Anweisungen zur Durchführung eines Gerätereparaturverfahrens handeln. MR geht noch einen Schritt weiter, indem es Benutzern ermöglicht, sowohl eine reale Situation als auch andere mögliche Szenarien anzuzeigen und reale und erstellte Bilder zu mischen. Schließlich ist XR die ultimative Anwendung, die holografische Bilder projiziert, die wie ein echtes, physisches Ding aussehen. Zum Beispiel würde XR Fernkonferenzen eine neue Dimension verleihen; Im Gegensatz zu herkömmlichen Videokonferenzen würde bei XR ein Bild der Person vor dem Benutzer erscheinen, als ob ein persönliches Treffen abgehalten würde.

VR-Anwendungen, die die Produktivität steigern können, umfassen ein breites Spektrum, einschließlich Medizin, Fertigung, Ausbildung und Unterhaltung. Zum Beispiel erfordert ein Arzt in Ausbildung viele praktische Erfahrungen, deren Einrichtung kostspielig sein kann, wenn auch nicht schwer zu finden. Mit VR kann eine Simulation für den medizinischen Praktikanten eingerichtet werden, um zu üben, ohne das Risiko eines schwerwiegenden Fehlers an einem echten Patienten.

Mixed-Reality-Datenbrillen von Microsoft HoloLens (Bild:Microsoft)

Zu den Tier-1-Unternehmen, die in VR investieren, gehören unter anderem Microsoft, Google und Intel. Marktbeobachter erwarten in den kommenden Monaten neue VR-Innovationen und -Möglichkeiten. Mit fortschreitender Pandemie könnten zum Beispiel holografische virtuelle Meetings die nächstbeste Möglichkeit sein, sich mit Kollegen von Angesicht zu Angesicht zu treffen.

Künstliche Intelligenz wird in jedem eingebetteten Design sein

Künstliche Intelligenz und ihre praktische Anwendung, maschinelles Lernen, gewinnen an Bedeutung, und es wird erwartet, dass im Laufe der Zeit mehr eingebettete Designs die Konzepte enthalten. KI wird heute in fast jedem erdenklichen Segment eingesetzt, darunter Einzelhandel, Gesundheitswesen, autonomes Fahren, E-Commerce, Fertigung, Lieferkette, industrielle Steuerung, Unterhaltung, Bankwesen und viele mehr.

So kann beispielsweise ein KI-basiertes System mit einer Videokamera ausgestattet werden, um sicherzustellen, dass Arbeiter während eines Einsatzes die richtige Schutzausrüstung tragen. Heute kann die mit IoT und KI ausgestattete Smart Factory die Produktivität steigern, indem sie den Betrieb in Echtzeit überwacht und KI Entscheidungen trifft, die Betriebsfehler vermeiden. Auf lange Sicht könnte KI noch viel mehr. In einer Vision der zukünftigen Fabrik würde sich die Anlage mithilfe von KI und Robotik im Handumdrehen für die Produktion eines anderen Produkts umrüsten. Ein Fließband, das an einem Tag für die Herstellung medizinischer Geräte eingerichtet wurde, könnte beispielsweise am nächsten Tag tragbare Smartwatches herstellen.

KI kann auch Bankgeschäfte und andere Transaktionen sicherer machen. Flowchain, eine Open-Source-basierte Blockchain-Organisation mit Sitz in Taiwan, hat eine Möglichkeit vorgeschlagen, IoT-, KI- und Blockchain-Technologien zu kombinieren, um einen sichereren Data-Mining-Ansatz zu schaffen. Blockchain ist eine relativ neue elektronische Ledger-Lösung, um die Sicherheit zu gewährleisten. Wenn eine Transaktion anhängig ist, werden alle Beteiligten benachrichtigt und müssen zustimmen, bevor sie stattfinden darf.

Zu den Partnerschaften im Bereich KI gehört eine Zusammenarbeit zwischen Nvidia und VMware, einem Softwareunternehmen, das Industriesegmenten bei der Verbindung mit Multi-Clouds unterstützt. Die Partner beabsichtigen, eine End-to-End-Unternehmensplattform für KI bereitzustellen. Intel hat sich mit dem Rechenzentrum der Universität Heidelberg zusammengetan, um de facto aufzuholen Marktführer Nvidia.

Gleichzeitig wird mehr KI-Hardware zu einem günstigeren Preis verfügbar. Nvidia hat kürzlich ein neu verpacktes GPU-Modul zum Preis von 59 US-Dollar angekündigt, um es der Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Das kompakte Modul bietet viele I/O-Anschlüsse, darunter USB, HDMI und Gigabit-Ethernet, und unterstützt die auf dem Modul basierenden Open-Source-Projekte.

Jetson Nano 2 GB von Nvidia (Bild:Nvidia)

Das KI-Startup Hailo hat kürzlich ein KI-Beschleunigungsmodul basierend auf seinem eigenen Hailo-8-Chip auf den Markt gebracht, um mit Google und Intel zu konkurrieren.

Die Einsatzmöglichkeiten von KI sind nur durch die eigene Vorstellungskraft begrenzt. Und da die Preise für KI-Hardware sinken, wird erwartet, dass eingebettete Designs KI-Fähigkeiten hinzufügen.

L Blick nach vorn

Die Pandemie hat uns gezwungen, alles anders zu betrachten. Einige Branchen wurden auf den Kopf gestellt und könnten sich für immer verändern. Unternehmen in der Reise- und Unterhaltungsbranche hatten Mühe, sich neu zu erfinden, und einige mussten dauerhaft schließen. Aber es gab einen Boom der Telemedizin, der teilweise durch neue medizinische Geräte ermöglicht wurde, die Ärzte und Patienten online verbinden. Jetzt können mehr Vitalparameter zu Hause gemessen und die Daten den Ärzten aus der Ferne zur Verfügung gestellt werden.

Eingebettete Technologien werden weiter wachsen, auch wenn die Pandemie die Wege zu dieser Expansion möglicherweise verändert hat. Erwarten Sie mit Blick auf die Zukunft ein explosiveres Wachstum bei drahtlosen Verbindungen, schnellere eingebettete Verarbeitung und Computer, mehr Cyberangriffe und Gegenangriffslösungen, ausgefeiltere virtuelle Realität und künstliche Intelligenz in jedem eingebetteten Design.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am unsere Schwesterseite EE Times Europe.