Komputery jednopłytkowe i moduły do systemów embedded oraz przemysłowe pamięci Flash - duże możliwości i szeroki asortyment bazą do rozwoju rynku

Niemniej ostatnio na skutek spadku cen wielu nowych procesorów o znakomitych parametrach i większej świadomości klientów można zauważyć, że komputery SBC, pamięci Flash stają się po prostu łatwo dostępne. Warto też wspomnieć o tym, że urządzenia i systemy komputerowe są połączone sieciami lokalnymi lub komunikują się przez Internet, co dodatkowo pozytywnie wpływa na wzrost sprzedaży.

Jesteśmy również w przededniu zapowiadanej wielkiej rewolucji związanej z Internet of Things. Małe komputerki bazujące na układach SoC i wydajnych procesorach ARM oraz z wbudowaną komunikacją bezprzewodową zaczynają wchodzić na rynek. IoT to nie przemysł, także nie aplikacje profesjonalne, ale dzisiaj wiele sektorów elektroniki w dużym stopniu przenika się wzajemnie na tyle silnie, że rozwój technologii przenosi się z jednej dziedziny na drugą. Stąd wejście na rynek IoT może zaowocować powstaniem jeszcze mniejszych modułów i komputerów jednopłytkowych dla przemysłu.

W konsekwencji takich procesów w naszym otoczeniu jest coraz więcej urządzeń i sprzętu bazującego na komputerowym sterowaniu i jeśli sprawdzą się chociaż w części prognozy analityków dotyczące rozwoju rynku IoT, SBC, idei typu Smart Cities, przyszłość rysuje się bardzo optymistycznie.

Perspektywiczne branże na najbliższe miesiące i lata

Rys. 1. Najpopularniejsze procesory w komputerach SBC

Uniwersalność i duża elastyczność aplikacyjna wszystkich typów komputerów jednopłytkowych powodują, że komponenty te trafiają do wielu odbiorców. To naturalne dla takich produktów i nie widać żadnych sygnałów, aby kiedykolwiek się to zmieniło, niemniej strumień sprzedaży nie jest w każdym przypadku jednakowy.

Za najbardziej perspektywiczne na przyszłe lata w naszych ankietach uznano głównie sektor reklamy (aplikacje Digital Signage) i systemy POI/POS, a więc sprzedaży i informacyjne. Takie wskazania przewijały się najczęściej, a na kolejnych pozycjach ulokowano sektor rozrywkowy (automaty do gier), transport, w tym oczywiście także szynowy, czyli kolej, a na końcu energetykę i przemysł.

Platformy open-source

Rys. 2. Typy najpopularniejszych pamięci Flash

W ostatnich pięciu latach ogromną popularność na rynku zdobyły platformy open-source, czyli małe komputery jednopłytkowe opracowywane przez entuzjastów skupionych na forach dyskusyjnych lub działających w ramach stowarzyszeń i fundacji. U ich podstaw kryje się to, że wydajność i zasoby sprzętowe wielu mikrokontrolerów 32-bitowych dostępnych na rynku od firm takich jak Microchip, Atmel, TI oraz oczywiście ARM są na tyle wydajne, że można na nich zainstalować "duży" system operacyjny jak Linux lub Android.

Okazało się, że komputery takie jak Arduino, Raspberry Pi, Beagle-Bone to nie tylko dobre narzędzia do edukacji, ale także produkt nadający się do wielu aplikacji z pogranicza elektroniki hobbystycznej i profesjonalnej, np. systemów alarmowych i monitoringu, aplikacji inteligentnego budynku, systemów pomiarowych i wielu podobnych.

Platformy open-source są tanie i łatwo dostępne, przez co wiele osób kupuje je nawet dla zabawy, nie brakuje też prób ich użycia w zastosowaniach profesjonalnych, np. jako bazy dla większych sterowników - przykładem może być ModBerry firmy TechBase. Więcej przykładów na takie działania można znaleźć za granicą, gdzie małe innowacyjne firmy a także duże przedsiębiorstwa sięgają po takie platformy i tworzą własne produkty je wykorzystujące.

Przykładem może być CircuitCo, tworząca platformy sprzętowe zgodne z Arduino w oparciu o wydajne 32-bitowe procesory ARM Cortex-A8 zawarte w OMAP firmy Texas Instruments. Moduły zgodne z Arduino pod względem wyprowadzeń wytwarzają także inne firmy, jak amerykański Digilent lub bułgarski Olimex, dostarczający płytki o nazwach chip-KIT i OlimeXino.

Dzięki takiej synergii i wsparciu wielu przedsiębiorstw cały rynek produktów open-source w zakresie systemów embedded rozwija się dzisiaj niezwykle dynamicznie. Ewidentnie jesteśmy świadkami rewolucji w systemach embedded podobnej do tego, jak kiedyś było z Linuksem w zakresie systemów operacyjnych. Wspólną cechą tych ciekawych projektów było za każdym razem to, że zaczynały się bardzo skromnie.

Platformom open-source brakuje wielu cech niezbędnych w aplikacjach przemysłowych, a więc szerokiego zakresu temperatur pracy, jakości, stabilności działania i wieloletniej dostępności, przez co ich możliwości aplikacyjne sięgają jedynie obszaru półprofesjonalnego, a więc takiego o niedużych wymaganiach. Z uwagi na to branża komputerów SBC patrzy na te produkty neutralnie, przynajmniej na razie, bo dynamika zmian na tym rynku jest tak wielka, że radykalna zmiana krajobrazu może nastąpić w dowolnym momencie.

Jakie negatywne zjawiska psują biznes?

Rys. 3. Najważniejsze cechy oferty handlowej w sprzedaży komputerów jednopłytkowych i modułów do systemów wbudowanych

W ostatnich miesiącach rynek europejski ponownie jest daleki od stabilności. Z uwagi na sytuację na Ukrainie biznes z naszymi wschodnimi sąsiadami praktycznie zamarł, a widoczne w drugiej połowie roku wahania kursowe też nie sprzyjają niestety rozwojowi. Komputery jednopłytkowe są jednym z najważniejszych komponentów budowy systemów automatyki, kierowanym nierzadko do urządzeń instalowanych w zakładach przetwarzania żywności.

Stąd niestety zawirowania w rynku krajowym związane z sankcjami gospodarczymi i blokada granic mogą w aspekcie długoterminowym ograniczyć tempo wzrostu rynku i mało pocieszające jest to, że dotyczy to również innych krajów europejskich. Drugą przeszkodą jest fakt, że z uwagi na szeroka ofertę i asortyment i w konsekwencji łatwość nawiązania kontaktu z dostawcami z krajów azjatyckich, coraz więcej produktów na rynku jest słabej jakości.

Duża część supertanich komputerów SBC nie działa tak jak powinna, a parametry środowiskowe i jakościowe spełnia jedynie na papierze. Ponieważ wszyscy producenci jednym głosem zapewniają, że ich produkty mają wysoką jakość i są doskonałe od strony technicznej, klienci myślą, że można kupić te urządzenia bardzo tanio, i że za znane marki niepotrzebnie się przepłaca. Potem są zawiedzeni i rozczarowani jakością SBC.

Jest to niestety nie tylko skutek oszczędności i ogólnego zainteresowania jedynie ceną na fakturze, ale także brak świadomości klientów o zaletach urządzeń przegotowanych do zastosowań przemysłowych. Brak wiedzy oraz dobrej skali do porównań powoduje też, że nie zawsze klienci potrafią powiązać złą pracę, np. zawieszanie się oprogramowania, z niesprawnością platformy sprzętowej.

Rzadko myśli się też o tworzonym systemie i instalacji w długiej perspektywie, interesując się np., czy tani i okazyjny produkt będzie można kupić za rok, z uwagi na konieczność zapewnienia obsługi serwisowej oraz gwarancyjnej. Niestety koszty transportu i pracy rosną, dlatego obsługa serwisowa staje się coraz bardziej kosztowna. Niewielka oszczędność podczas zakupów jest w stanie się srogo zemścić.

Produkty konsumenckie w aplikacjach profesjonalnych

Rys. 4. Cechy techniczne komputerów w największym stopniu decydujące o powodzeniu sprzedaży

Jednym z najczęściej sygnalizowanych w ankietach negatywnych zjawisk na rynku jest wykorzystywanie produktów kierowanych na rynek konsumencki do zastosowań profesjonalnych. Dla wielu klientów pokusa wiążąca się z użyciem tańszych odpowiedników w zakresie sprzętu powszechnego użytku jest duża, bo zwykle wymiary rozwiązań konsumenckich, parametry wydajnościowe lub funkcjonalność jest taka sama jak produktów kierowanych do aplikacji profesjonalnych.

Wielu producentów dalekowschodnich ma nawet w ofertach równoległe linie takich samych urządzeń przeznaczonych na oba wymienione rynki, co w przypadku wielu klientów bardzo uwypukla różnice w cenach, a znacznie mniej pokazuje "drobiazgi", jak zakres temperatur pracy, certyfikaty, pokrycia ochronne itd.

Zjawisko to występuje na omawianym rynku praktycznie od zawsze i nieraz było przez nas sygnalizowane w naszych opracowaniach. Nie jest ono też unikalną cechą sektora komputerów jednopłytkowych ani pamięci, bo podobne negatywne spostrzeżenia dotyczą na przykład switchy i innych komponentów sieci lub sprzętu wykorzystywanego w systemach alarmowych i instalacjach ochrony mienia.

Różnice pomiędzy wyrobami powszechnego użytku a przemysłowymi sprowadzają się w decydującym stopniu do innych podzespołów elektronicznych wykorzystywanych do ich konstrukcji, takich dla których producent gwarantuje pracę w szerokim zakresie temperatur pracy dla półprzewodników, przez długi czas dla kondensatorów elektrolitycznych, odpornych na narażenia mechaniczne dla złączy i spełniające wyśrubowane wymagania. Inny jest laminat płytki, a sam projekt też jest tworzony z myślą o tym, że komputer ten musi działać w sposób pewny w różnych warunkach środowiskowych.

Mimo to w wielu aplikacjach o charakterze profesjonalnym aplikuje się produkty konsumenckie, najczęściej dlatego, że wiele z takich urządzeń kierowanych jest do zastosowań, które można by opisać jako leżące na pograniczu obu rynków, na przykład automaty do gier lub systemy POI montowane w budynkach użyteczności publicznej.

Klienci liczą, że dobre produkty konsumenckie, spełniające z zapasem wymagania, poradzą sobie w takim obszarze. Wiele razy okazuje się, że faktycznie tak jest, zwłaszcza w aspekcie krótkoterminowym, ale nie zawsze udaje się powiązać anomalie działania z takim wyborem sprzętu lub też liczy się na tzw. szczęście. Różnice w cenach pomiędzy przetestowanymi urządzeniami do zastosowań profesjonalnych a płytami konsumenckimi cały czas są na tyle duże, że klienci decydują się na eksperymenty, akceptując niestety ryzyko.

Dawniej uważano, że wiele takich działań wynika z niewiedzy i ograniczonej wyobraźni osób decydujących się na taką drogę na skróty, które nie potrafią przewidzieć, co będzie się działo w przyszłości. Niemniej wystarczy poczytać fora dyskusyjne, aby przekonać się, że to nieprawda. Osoby instalujące wersje konsumenckie są całkowicie świadome ich ograniczeń i nierzadko instalują systemy podgrzewania i wentylacji, szczelne obudowy, po to, aby ograniczyć wpływ środowiska, bo mimo to w rozliczeniu jest to dla nich tańsze.

Własne rozwiązanie czy gotowy moduł?

Rys. 5. Najwięksi odbiorcy komputerów jednopłytkowych i modułów do systemów embedded w ujęciu wartościowym

Dyskusji na temat, czy lepiej jest oprzeć projektowaną aplikację na całkowicie własnym projekcie, czy też kupić gotowy moduł, mimo że towarzyszy omawianemu rynkowi od wielu lat, też nie można uznać za rozstrzygniętą.

Na rynku są firmy elektroniczne, które rozwijają własne konstrukcje bazujące na wydajnych mikrokontrolerach 32-bitowych, pełniących funkcję sterowników dla całego systemu. Inne firmy budują we własnym zakresie nawet całe komputery jednopłytkowe, które są wykorzystywane do sterowania automatami do gier lub sprzedaży, czy wyświetlaczami reklamowym.

Za tymi decyzjami kryją się zwykle przemyślane decyzje lub ważne powody wynikające z konieczności instalacji wyjątkowo nietypowych i rozbudowanych systemów zabezpieczeń dla kodu programu lub też jest to konsekwencja dużego doświadczenia firmy w zakresie realizacji systemów mikroprocesorowych.

W obu przypadkach firmy uważają, że w ten sposób udaje im się w maksymalny sposób obniżyć koszty. Dla jednych dlatego, że mikrokontrolery są bardzo tanie, a koszt napisania oprogramowania jest wydatkiem jednorazowym, pozostałe mówią, że przy małej skali produkcji i specjalistycznym charakterze wielu aplikacji inwestycje w gotowy sterownik są dla nich niepotrzebnie dużym wysiłkiem.

Co ciekawe, ten rozdźwięk nie zmienia się wraz z rozwojem technologii. Na rynku pojawiają się co chwila nowe mikrokontrolery, nierzadko o rewelacyjnych parametrach i wydajności pozwalającej na instalację kompletnego systemu operacyjnego. Równolegle szybko poszerza się oferta gotowych komputerów, bazujących na wielu różnych procesorach, wymiarach, możliwościach, dostępnych od różnych producentów.

Rys. 6. Wzrosty i spadki obrotów w okresie 2011-2013 dla: a) dla krajowych dostawców modułów i komputerów jednopłytkowych i modułów oraz b) pamięci Flash

Ponadto jest też wiele platform typu open-source, które w ostatnich latach stały się niezwykle popularne i dostępne. Sektor ten jest coraz bardziej otwarty dla "przeciętnego" konstruktora, coraz niższe ceny i bezproblemowa dostępność rozwiązań sprawiają, że dostęp do platform sprzętowych jest praktycznie nieograniczony. Bez względu na te możliwości i argumenty na temat kosztów pracy wielu konstruktorów, szczególnie starszej daty, ciągle uważa się za ujmę na honorze użycie gotowego komputera lub modułu SOM/COM.

Często ich komentarzem jest, że takie komputery mogą sami zbudować. Pochłania to jednak dużo czasu i środków finansowych, przez co na końcu być może cena jednostkowa produktu jest niższa, jednak produkt jest mocno spóźniony i może nie być w stanie zrekompensować zainwestowanych środków. Nowoczesne firmy podejmują szybkie decyzje o użyciu gotowych SOM i mają czas, by skupić się na rozwijaniu produktu, aplikacji i na marketingu, budując tym samym swoją przewagę.

Niemniej z punktu widzenia rozwoju rynku modułów SOM/COM, a nawet komputerów jednopłytkowych, trend rezygnacji z rozwijania własnych konstrukcji nie jest dynamiczny. Obie strony mają wiele argumentów i kontrargumentów, przez co lata lecą, a jakościowych zmian, jak wspomniano na wstępie, niestety nie ma. Dyskusja robić czy kupić stale jest aktualna i widoczna w dyskusjach, opiniach specjalistów a nawet w tekstach firmowych uzupełniających i rozszerzających nasze opracowanie, jakie publikujemy na kolejnych stronach.