Środa, 23 sierpnia 2017

Czas na komputery jednopłytkowe oraz przemysłowe pamięci Flash

W najbliższej przyszłości zainteresowanie komputerami jednopłytkowymi ciągnąć będą w górę aplikacje związane z przemysłowym Internetem Rzeczy, koncepcją Przemysłu 4·0, a także idee takie, jak Smart Cities - maleńkie komputerki, nie większe niż karta kredytowa, są obecnie podstawą wielu aplikacji z tego obszaru. Wynika to z tego, że pobierają one niewiele mocy zasilającej, mają małe wymiary i dają się bezproblemowo integrować w większe systemy, np. sieci rozproszonych czujników z komunikacją bezprzewodową.

Czas na komputery jednopłytkowe oraz przemysłowe pamięci Flash

Zapewniają one bardzo dużą szybkość realizacji projektu, bo konstruktor musi w tym przypadku zapewnić jedynie płytę bazową ze złączem, zasilaniem i niezbędnymi układami pośredniczącymi. Tworzeniu takich aplikacji sprzyjają zmiany w technologii półprzewodnikowej pozwalające zintegrować kompletny komputer na płytce o wielkości kilku centymetrów kwadratowych o wydajności i zasobach pamięci wystarczających do uruchomienia poważnego systemu operacyjnego takiego jak na przykład Windows 10 IoT Core, Linux, Android.

Szeroka oferta, wielu producentów zajmujących się tytułową tematyką oraz nowe technologie integracji całego komputera do jednego typu SoC pozwalają producentom tworzyć wielowariantowe rozwiązania dostępne z półki w niewielkich cenach. Jeśli to nie wystarcza, dostępna jest personalizacja lub produkty tworzone na zamówienie. Coraz więcej firm proponuje wersje indywidualne, a więc takie, gdzie złącza, wymiary i kształt płytki drukowanej, pamięć i procesor dopasowane są do wymagań realizowanego projektu.

Obroty dostawców przemysłowych
pamięci Flash

Podobnie jak w przypadku komputerów jednopłytkowych, sprzedaż pamięci Flash w wersjach przemysłowych nie jest dla firm kołem zamachowym biznesu - aż 80% firm ma roczne obroty z tych produktów poniżej 500 tys. zł, a więc niewiele, biorąc pod uwagę, że karty pamięci działające w przemysłowym zakresie temperatur i wykonane na pamięciach SLC są kosztowne, bardzo często 10-15 razy droższe od wersji konsumenckich. Oznacza to, że rynek tych produktów jest rozproszony, sprzedaje je wiele firm, przez co popyt rynku rozdziela się na wiele części. Dodatkowo wysokie ceny pamięci przemysłowych ograniczają ich aplikacje do niezbędnego minimum, często też słyszy się o wykorzystywaniu produktów konsumenckich w takich obszarach. Niemniej nadchodzący Przemysł 4.0, czyli przemysłowy IoT, wywoła wzrost popytu na przemysłowe nośniki pamięci i nawet jeśli dzisiaj ich sprzedaż jest dodatkiem, to za 3 lata być może już tak nie będzie. Dystrybutorzy podzespołów elektronicznych i komponentów automatyki coraz częściej włączają takie nośniki do ofert, traktując te działania jako inwestycję w rozwój biznesu.

Rynek SBC przenika się ponadto ze światem tradycyjnych pecetów, z których rozwiązania w postaci nowych wersji miniaturowych płyt głównych stają się bazą dla komputerów przemysłowych jak na przykład Pico-ITX (100×72 mm). Trend indywidualizacji i personalizacji wymusza też rosnąca konkurencja na rynku - w walce o klienta i udziały konieczne jest wyróżnienie się, oprócz wspomnianej personalizacji, także wsparciem w zakresie integracji komputera z aplikacją.

Rynek jest bardzo rozproszony

Rynek omawianych produktów jest bardzo rozproszony i podzielony między licznych producentów skupionych wokół branżowych organizacji zajmujących się promocją i rozwijaniem standardów (wymiary, złącza, konfiguracje). Konsolidacje i akwizycje ostatnich lat także zmieniają krajobraz, a nierzadko przetasowania wynikają również z tego, że na rynku pojawiają się nowi gracze. Lista producentów jest w tym przypadku bardzo długa, co powoduje, że konkurencja jest bardzo silna, a tempo zmian i ewolucji technicznej produktów relatywnie szybkie.

Ocena koniunktury w pierwszej połowie
2017 roku na rynku

Dokładnie połowa pytanych w ankietach specjalistów była zdania, że koniunktura na rynku w pierwszej połowie 2017 roku się poprawiała. Nieco mniejsza grupa ankietowanych miała neutralną opinię, że nie widać większych zmian i całość biznesu się nie zmienia. Ocena ta jest zbieżna z tym, co można obserwować w innych sektorach, bowiem cała elektronika rozwija się w dobrym tempie, nierzadko sięgającym kilkudziesięciu procent, a segment związany z automatyką przemysłową zawsze wypada na szczycie zestawień pod względem atrakcyjności. Dla większości dystrybutorów klienci z sektora przemysłowego stanowią najbardziej wartościową i atrakcyjną grupę, pod kątem której buduje się ofertę i profil firmy. Skoro w przemyśle sytuacja jest dobra, to cała powiązana reszta też na tym korzysta.

Takie firmy to m.in. Digi, VersaLogic, Wandboard, Eurotech, Advantech, Kontron, Adlink, Radisys, Mercury Systems, UDOO, Olimex, American Portwell, Arbor Solutions, Logic NETBurner, Aaeon, Diamond Systems, IEI, Avalue, Variscite, DFI i wiele innych. Mamy też krajowe firmy, które projektują i produkują takie jednostki, jak na przykład Grinn.

Tabela 1. Przegląd ofert dostawców komputerów jednopłytkowych i pamięci Flash dla przemysłu

ARM-y rządzą

Na rynek SBC przebojem weszły w ostatnich 5 latach procesory ARM, które do takich zastosowań nadają się doskonale pod względem poboru mocy, możliwości integracji oraz dużej wydajności. Nie oznacza to oczywiście, że architektura ×86 Intela jest w odwrocie. Procesory tego producenta są wybierane chętniej, gdy konieczne jest zapewnienie wysokiej mocy obliczeniowej, dobrych możliwości multimedialnych i graficznych.

Aktualna koniunktura na rynku pamięci
Flash dla przemysłu

Aktualna sytuacja na rynku pamięci przemysłowych Flash w pierwszej połowie 2017 roku przez co drugą firmę postrzegana jest jako poprawiająca się, niemniej prawie tyle samo osób uważa, że się ona nie zmienia. Jest to znak, że ogólnie dynamika wydarzeń na rynku nie jest wielka, co jest zapewne pochodną specjalistycznego charakteru tych produktów, sporych cen oraz ograniczonego obszaru aplikacyjnego. Zapotrzebowanie na takie pamięci ciągną w górę zaawansowane aplikacje przemysłowe, systemy monitoringu i bezpieczeństwa, transport i inne podobne obszary jak pomiary telemetryczne, gdzie urządzenia działają na zewnątrz budynków i zapisuje się duże ilości informacji.

Z kolei układy ARM producenci mogą scalać samodzielnie w ramach SoC i tworzyć rozwiązania skrojone na miarę pod kątem wydajności zasobów i pobieranej mocy. Ponieważ licencjobiorców ARM-ów, jest wielu, także oferta rynku w zakresie SBC wydaje się bardzo szeroka, a ceny bardzo konkurencyjne.

2015 roku do ARMów należało 40% rynku, co przekonuje, że klienci cenią te układy i chętnie je stosują w swoich projektach, tym bardziej że jest w czym wybierać - mamy układy z rodziny Cortex-M o niewielkiej mocy obliczeniowej znane ze świata mikrokontrolerów, są wydajniejsze jednostki 32-bitowe Cortex-A5-A9 i 64-bitowe takie jak Cortex-A35, A53.

Obroty dostawców ze sprzedaży SBC

Dla blisko dwóch trzecich firm z niniejszego zestawienia sprzedaż komputerów jednopłytkowych nie wykracza poza 500 tys. zł rocznie, a co trzecia firma zbliża się z obrotami do 5 mln zł. Jak na warunki krajowe są to spore sumy, które świadczą o atrakcyjności branży. Trzeba jednak zauważyć, że komputery do zastosowań w przemyśle nie są tanie, bo muszą spełniać wyśrubowane wymagania jakościowe i środowiskowe. Dlatego nawet niewielka ilościowo sprzedaż może przełożyć się na znaczące sumy.

W sumie jest to kilkadziesiąt rdzeni, które każdy z producentów obudowuje w liczne układy peryferyjne: interfejsy, komunikację, tworząc dziesiątki, jeśli nie setki wersji. Widać to zwłaszcza w przypadku modułów SOM/COM, których jest mnóstwo.

Form factor

Większość komputerów SBC to prostokątna płytka z chipami oraz wielopinowym złączem lub gniazdami interfejsów umieszczonymi na jej obrzeżu, przez co można by oczekiwać, że po latach producentom uda się wypracować jakiś standard co do rozmieszczenia i wymiarów. Takie próby były i są podejmowane a branża co jakiś czas ekscytuje się nowym wypracowanym standardem (form factor), który za każdym razem jest określany jako przełomowy.

Komputery jednopłytkowe - ocena biznesu
w 2016 roku

Zdaniem połowy ankietowanych specjalistów ubiegły rok okazał się dobry dla branży komputerów jednopłytkowych, co oznacza, że sprzedaż rosła w średnim tempie przekraczającym 10% w skali roku (pole zielone). Druga znaczna grupa na wykresie w kolorze żółtym i oznaczona jako "zadowalająca" łączy dostawców, dla których biznes wzrósł, niemniej procentowe wskaźniki były niewielkie. Ogólnie ocena ubiegłego roku jest pozytywna i wskazuje, że w warunkach naszego kraju konstruktorzy urządzeń doceniają i wykorzystują gotowe rozwiązania komputerów i nie starają się na siłę tworzyć takich rozwiązań od zera w oparciu o chipy.

Niemniej po pewnym czasie okazuje się, że pojawia się nowy pomysł na jeszcze mniejszy format. W takiej rzeczywistości część producentów nie zaprząta sobie głowy normalizacją i tworzy własne konstrukcje. W efekcie na rynku funkcjonuje kilkadziesiąt rozwiązań, w tym także mniej lub bardziej otwarte (open source), rozwijane przez stowarzyszenia i fundacje (jak Raspberry Pi).

W przypadku modułów COM/SOM standardów nie ma wcale, tak samo kompatybilności pinowej, za to są maleńkie wymiary, np. moduły procesorowe 40×40 mm lub komputerki w formacie karty PCI Express Mini 51×35 mm.

Własny komputer?

W warunkach krajowych SBC są istotnym produktem, bo wytwarzamy krótkie serie specjalistycznych urządzeń, do których nie opłaca się tworzyć własnego sterownika komputerowego. Próg opłacalności określający minimalną skalę realizowanej produkcji własnej, która jest niezbędna do tego, aby własna konstrukcja miała sens ekonomiczny, określa się na około 5000 sztuk rocznie. Nawet zakładając, że są to dane dla Europy Zachodniej i u nas ceny pracy inżynierskiej są trochę niższe, ten próg nadal będzie wysoki i to, czy jest to 5000, czy 4500 urządzeń rocznie, w praktyce nic nie zmienia.

Ocena 2016 roku dla biznesu związanego
z przemysłowymi pamięciami Flash

W zakresie przemysłowych pamięci Flash, a więc kart pamięci oraz dysków SSD, ubiegły rok oceniony został jako pozytywny dla biznesu przez blisko połowę pytanych. Co czwarta osoba uważa ten okres nawet jako bardzo dobry, co nie jest zaskakujące, gdyż pamięci Flash są obecnie podstawowym nośnikiem danych w wielu aplikacjach mniejszego kalibru, a na dodatek duży popyt ze strony producentów elektroniki konsumenckiej spowodował wzrost cen w ostatnich miesiącach. Droższe produkty nawet przy dużej konkurencji i niewielkich marżach handlowych potrafi ą zapewnić wymierną sprzedaż i wzrost.

Po prostu w realiach krajowych to dość dużo, zwłaszcza w dzisiejszych czasach, gdy wiele kontraktów powiązanych jest z realizacją projektów i systemów tworzonych na miarę. W takiej rzeczywistości trzeba mieć naprawdę silne argumenty, aby brać się do tworzenia jeszcze jednej, własnej wersji. Świat komputerów jednopłytkowych zmienia się niezwykle dynamicznie, nowe produkty o lepszych parametrach pojawiają się co kilkanaście miesięcy i tym samym wymuszają na producentach specjalizację.

Argumentem, jaki wysuwa się przeciwko gotowym komputerom, jest ograniczona żywotność tego produktu na rynku, bo skoro technologia szybko się zmienia, to także produkty na niej bazujące stają się dostępne przez niedługi czas. Popularne modele mogą być utrzymywane w produkcji nieco dłużej, niemniej z punktu widzenia elektroniki profesjonalnej, na przykład medycznej, ograniczona czasowo dostępność jest postrzegana w tym sektorze rynku jako problem.

Sprzedaż komputerów jednopłytkowych
w odniesieniu do całego biznesu

Ponad połowa dostawców komputerów jednopłytkowych traktuje te produkty jako istotne z punktu widzenia oferty i jej kompleksowości oraz znaczenia biznesowego, niemniej nie osiąga z ich sprzedaży znaczących kwot pozwalających na wąską specjalizację w biznesie. Komputery SBC to w praktyce bardzo szeroka grupa produktów, która szybko się zmienia od strony technicznej w ślad za nowymi procesorami i technologiami, przez co niewiele firm ma kompleksowe i przekrojowe oferty. Z reguły dostawca (dystrybutor) jest powiązany umową z jakimś producentem i jego oferta odzwierciedla to, co on wytwarza, co już jest jakimś ograniczeniem. Poza tym omawiany rynek w Polsce jest za mały, aby dystrybutor mógł go traktować jako najważniejszy. Stąd pole niebieskie na wykresie jest takie duże.

Niemniej warto odnotować, że z roku na rok oferta produktów, które mają gwarantowaną długą dostępność, 5-7-letnią, się zwiększa. Okres ten też nie jest jakimś rekordem, bo wystarczy poszperać chwilę, aby znaleźć na przykład wersje z gwarantowaną 15-letnią dostępnością.

To na tym rynku bardzo długo. A skoro producenci wkładają wiele wysiłku, aby komputer miał jak najdłuższy czas życia, to znaczy, że opłacalność tworzenia czegoś własnego w Polsce dotyczy raczej sterowników bazujących na mikrokontrolerach niż silniejszych jednostek przeznaczonych do pracy pod systemem operacyjnym.

Andrzej Jamrozik

specjalista ds. sprzedaży z działu komputerów przemysłowych w firmie CSI

  • Które branże są motorem napędowym dla sektora SBC w Polsce?

Nie da się wymienić tylko kilku branż, ponieważ komputery jednopłytkowe znajdują zastosowanie praktycznie w każdym sektorze. Stosują je zarówno producenci rozwiązań medycznych, jak i systemów digital signage, którzy implementują takie komputery jako jednostki sterujące całym urządzeniem. Popularność sektora SBC wynika głównie z całkowitej dowolności w projektowaniu ich obudów, co jest możliwe dzięki ich małym wymiarom.

  • Jakie nowości w komputerach SBC warto wymienić?

Oprócz nastawienia na coraz większą miniaturyzację, której przykładem są obecnie najmniejsze jednostki w formacie Pico-ITX (100×72 mm), producenci zwracają uwagę głównie na możliwości rozbudowy komputera o kolejne interfejsy we/wy. Poprzez specjalizowane złącze tworzą w ten sposób rozwiązania podobne do "kanapki", które do tej pory były wykorzystywane w rzadziej już stosowanych komputerach PC/104.

Wprowadzanie kolejnych generacji energooszczędnych procesorów Intel Atom, Celeron czy Pentium spowodowało, że producenci wypuszczają na rynek nowe modele komputerów SBC z interfejsami do tej pory niewystępującymi, jak np. dla pamięci dyskowej w postaci złączy M.2.

  • Jakie są najważniejsze dla klientów cechy komputerów SBC przy ich zakupie?

Istotność danej cechy komputera SBC zależy od typu rynku, na jakim działa klient, czy ma dużą konkurencję oraz przeznaczenia produktu. Mnogość różnych modeli, formatów płytek pozwala na dobór odpowiedniego rozwiązania, a przy większych zamówieniach jest możliwość modyfikacji w postaci dodania czy usunięcia interfejsów, dodanie funkcjonalności BIOS-u itp. Istotną cechą komputera SBC jest cena jego zakupu, zwłaszcza że na rynku są dostępne bardziej komercyjne komputery Raspberry Pi czy UP, znajdujące zastosowanie w prostszych konstrukcjach.

Warto jednak pamiętać, że w przypadku, gdy liczy się tzw. TCO, koszt rozwiązania przemysłowego może być całościowo niższy niż rozwiązania komercyjnego. Klienci znają oczywiście przewagę rozwiązań przemysłowych i w większości przypadków zwracają uwagę na długi "czas życia" produktów - odbiorcy nie chcą przeprojektowywać urządzeń końcowych, zwłaszcza gdy dany model przemysłowego komputera SBC jest dostępny przez 4 do 7 lat.

Koszty serwisowania urządzeń są również ważne, szczególnie jeżeli producent działa na rynku międzynarodowym (wspomniane wcześniej TCO). W tym przypadku pojedynczy serwis urządzenia komercyjnego może wynieść więcej niż różnica w zakupie.

Pobór mocy ciągle maleje

Nowe technologie w zakresie procesorów, zaawansowanie technologii półprzewodnikowej, coraz większe upakowanie bloków funkcjonalnych w ramach układu SoC przynoszą nie tylko mniejsze wymiary płytek z komputerami, ale także coraz mniejszy pobór mocy. W przypadku μQSeven o wymiarach 4×7 cm jest to maksymalnie 10 W, ale nie znaczy to, że ten komputer właśnie tyle pobiera.

Znaczenie przemysłowych pamięci Flash
dla dostawców

Pamięci Flash to z reguły produkt zbyt specjalistyczny, aby firma mogła traktować go jako kluczowy dla biznesu. W większości przypadków pamięci takie sprzedają dostawcy komponentów przemysłowych, komputerów a także urządzeń komunikacyjnych i traktują je jako cenny dodatek do tego, aby móc klientowi zaoferować działającą całość. Taką równowagę można obserwować tutaj od lat i wydaje się, że dopiero upowszechnienie się aplikacji określanych jako Przemysł 4.0 może pomóc przemysłowym pamięciom zaistnieć w szerszej skali. Skoro koncepcja ta zakłada tworzenie rozproszonych instalacji pomiarowych, gromadzenie dużych ilości danych po to, aby dalej je przetwarzać i analizować, to logiczne jest, że pamięci Flash będą tutaj podstawowym nośnikiem danych z uwagi na niski pobór mocy, małe wymiary i niezawodność. Ich znaczenie na rynku musi znacząco wzrosnąć w ciągu najbliższych paru lat.

Generalnie podawanie mocy zasilającej w przypadku omawianych produktów zawsze dotyczy wartości maksymalnej, gdyż wykorzystywane techniki oszczędzania energii np. poprzez wyłączanie bloków nieużywanych lub ograniczanie taktowania powodują, że podczas realizacji typowych zadań pobór mocy jest ułamkiem wartości maksymalnej.

Coraz większa integracja

Z roku na rok komputery jednopłytkowe mają coraz mniejsze wymiary, ale też większe zasoby oraz moc obliczeniową. Jest to bezsprzecznie zasługa nowych technologii półprzewodnikowych, a więc procesów o coraz mniejszym wymiarze charakterystycznym lub metod układania jednego układu na drugim (PoP - Package over Package), po to aby ograniczyć miejsce zajmowane na płytce drukowanej.

Znaczenie poszczególnych kryteriów handlowych
ofert w komputerach SBC

Zestawienie najważniejszych kryteriów składających się na ofertę handlową w zakresie komputerów jednopłytkowych można uznać za typowe dla rynku krajowego. Dwie pierwsze pozycje, a więc cena i parametry techniczne, zostały wskazane przez znakomitą większość pytanych, podobnie wysoko oceniono jakość i niezawodność. Tak jest prawie zawsze. Różnice dotyczą bardzo wysokiej pozycji długoterminowej dostępności produktu, która w przypadku innych produktów nie jest tak bardzo eksponowana w podobnych zestawieniach, to samo można powiedzieć o kompetencjach technicznych dostawcy i marce producenta. Innymi słowy, poza wymienionymi pewniakami, kupujący biorą pod uwagę to, czy komputer będzie w ofercie przez minimum kilka lat, im więcej, tym lepiej, cenią sobie kompetentnych dystrybutorów i patrzą na jakość przez pryzmat marki.

Przełomem stało się to, że procesory i inne układy (interfejsy) są dostępne jako bloki IP (a więc jako oprogramowanie) i mogą być łatwo integrowane w jednej strukturze jako układ SoC (System on Chip). Efekty są imponujące, bo nieźle wyposażony komputer zajmuje na płytce powierzchnię nieznacznie przekraczającą 20 cm². Znakiem możliwości, jakie kryją się we współczesnej technologii półprzewodnikowej, jest także dostępność matryc FPGA, które też są przez producentów integrowane w wielu rozwiązaniach SBC.

Warto zauważyć, że w przypadku komputerów jednopłytkowych duża wydajność przestaje być priorytetem. Ona jest ważna w pełnowymiarowych komputerach przemysłowych (IPC). W omawianym obszarze ważniejsze są właśnie małe wymiary, niski pobór mocy oraz niewielki koszt, gdyż w ogromnej części zadania, jakie wykonują te jednostki, nie są bardzo złożone.

Popularne procesory wykorzystywane w SBC

Wykres ilustruje najpopularniejsze typy procesorów znajdujących się w kupowanych obecnie komputerach jednopłytkowych, a więc ARM-y A5-A9 - o średniej wydajności, które zdaniem pytanych są częściej wybierane niż produkty Intela z rodzin Core i Atom. Wydaje się, że wynika to z optymalnego z punktu widzenia zastosowań komputerów SBC połączenia wydajności poboru mocy i ceny oraz tego, że ARM-y łatwo jest scalić w ramach układu SoC w jeden chip z całą resztą. Procesory Core są sercem raczej jednostek wydajniejszych oraz tych o nieco większych wymiarach, a także ich ceny w porównaniu do najpopularniejszych ARM-ów są też wyższe. Stąd w zakresie małych komputerków w ostatnich latach ekspansja układów o architekturze ARM jest bardzo szybka.

Dowodem potwierdzającym taką tezę jest to, że w ostatnich latach rynek SBC został zawojowany przez układy ARM Cortex i zapewne jest to też sygnał, że rynek komputerów SBC ewoluuje raczej w stronę wymagań aplikacji IoT niż przemysłowych rozwiązań procesowych. Bezsprzecznie sektor komputerów przemysłowych staje się coraz bardziej otwarty dla "przeciętnego" konstruktora, a coraz niższe ceny i większa dostępność sprawiają, że dostęp do tych rozwiązań jest praktycznie nieograniczony.

Kamil Prus

FAE w Computer Controls

  • Jakie nowości w komputerach SBC warto wymienić?

W kwestii nowości w zakresie systemów SBC warto wymienić tutaj rozwiązania oparte na układach procesorów mobilnych (Qualcomm), FPGA lub rozwiązaniach łączących standardową architekturę ARM/x86 z układami FPGA. Należy również wspomnieć o zróżnicowaniu rozwiązań w zakresie samego hardware'u, obecny rynek pozwala na znalezienie rozwiązania dosłownie "szytego na miarę".

  • Jakie są najważniejsze dla klientów cechy komputerów przy ich zakupie?

Specyfikacja produktu jest zazwyczaj pierwszym czynnikiem branym pod uwagę przy doborze systemów SBC, w zależności od rynku oraz aplikacji strategicznymi czynnikami stają się różne kwestie np. spełniane standardy, architektura procesora czy liczba oraz rodzaje interfejsów. Bardzo ważnymi czynnikami są również dostępność produktu, jakość oraz dostępność dokumentacji, rodzaje systemów operacyjnych, cena oraz niekiedy wsparcie producenta.

Klienci opierający swoje rozwiązania na systemach SBC oczekują prostego oraz szybkiego wykonania projektu swojego produktu/usługi. Wiąże się to z takimi kwestiami jak znajomość rozwiązania lub producenta, dostępność dokumentacji oraz sterowników, a także wsparcie oraz wiedza po stronie producenta lub dystrybutora.

  • Jaką wiedzą dysponują klienci w zakresie technologii i produktów?

Klienci zazwyczaj korzystają ze znanych im rozwiązań oraz technologii, które są sprawdzone i przetestowane, co sprawia, że poszukiwania rozwiązań zawężają się do tego co sprawdzone i znane. Rynek dostawców oraz systemów SBC jest duży i zdywersyfikowany, liczba producentów oraz produktów sprawia, że nie sposób wszystkiego śledzić gdy głównym celem jest rozwój projektu.

Komputery open source

Przełomowym momentem dla rynku komputerów jednopłytkowych było pojawienie się platform open source, a dokładnie komputerka Raspberry Pi. Był on bardzo tani, nieźle wyposażony, dostępny dla każdego oraz dobrze udokumentowany. RPI wszedł przebojem na rynek, bo miał rewelacyjny stosunek ceny do możliwości.

Główne branże i odbiorcy komputerów jednopłytkowych

Komputery jednopłytkowe trafiają przede wszystkim do aplikacji przemysłowych i służą do automatyzacji i komputeryzacji instalacji i systemów w takich zastosowaniach. Korzystają z nich też producenci OEM/ODM tworzący w oparciu o nie swoje produkty. Trzecia pozycja grupuje zastosowania transportowe, gdzie małe komputerki są podstawą wielu systemów i instalacji. Istotną pozycję zajęły też zastosowania reklamowe, które od zawsze były postrzegane w tym obszarze jako znaczący klient, podobnie jak sektor rozrywkowy. Ten akurat okupuje dół wykresu, co jest znakiem, że ten sektor rynku ma już w kraju najlepsze czasy za sobą.

Sukces RPI wywołał na rynku prawdziwą gorączkę złota, a kolejne platformy zaczęły wyrastać jak grzyby po deszczu. Aktualnie grupa najpopularniejszych liczy minimum kilkanaście pozycji, a całość nawet kilkadziesiąt. Najtańsze komputerki kosztują poniżej 10 dolarów! W tworzenie i promocję takich rozwiązań zaangażowały się największe światowe firmy dystrybucyjne, dzięki czemu całość nie była jedynie chwilowym zainteresowaniem grup społeczności lub fundacji.

Tabela 2. Dane kontaktowe do firm - dostawców pamięci Flash przemysłowych i komputerów jednopłytkowych

Do wymienionego Raspberry Pi należy dodać BeagleBone, BananaPi, OrangePi, HummingBoard, Gizmo lub Odroid. Do tej grupy można też dopisać wiele platform mniej otwartych, ale o podobnym charakterze i przeznaczeniu jak Galileo, Wandboard, UP Board i inne. Efekt jest taki, że komputery tego typu trwale zmieniły rynek i stworzyły nową kategorię użytkowników, makerów, czyli takich hobbystów nowej generacji.

Ważne parametry techniczne wspierające sprzedaż

Komputery jednopłytkowe mają różne wyposażenie - poza procesorem i pamięcią różnią się m.in. interfejsami, wymiarami, poborem mocy, możliwościami graficznymi, a także odpornością mechaniczną i środowiskową. W najnowszej ankiecie za najważniejszą funkcjonalność uznano możliwości komunikacyjne, a także niezawodność konstrukcji komputera. Warto zauważyć, że chłodzenie pasywne i niewielka wartość pobieranej mocy (w tym parametr TDP procesora) nie są już postrzegane jako atut i znajdują się na dole wykresu. To zapewne dlatego, że chłodzenie pasywne jest już standardem, a pobierana przez komputery moc jest znacznie mniejsza niż jeszcze parę lat temu i stale maleje razem z usprawnieniami w technologii półprzewodnikowej i nowymi, lepszymi procesorami.

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 łagodnych wymaganiach.

W praktyce wiele zastosowań z pogranicza da się za ich pomocą obsłużyć.

Kamil Ćwiertnia

product manager przemysłowych pamięci Flash w firmie CSI

  • Na co zwrócić uwagę, wybierając pamięć Flash do zastosowania w przemyśle?

W przemyśle najczęściej wykorzystywane są pamięci NAND Flash SLC, ponieważ charakteryzują się one niską awaryjnością i bardzo dużą liczbą cykli zapisu. Są też odporne na różnego rodzaju zakłócenia. Produkty oparte na pamięciach MLC stosowane są natomiast w aplikacjach budżetowych, gdzie pewność zapisu danych ma mniejsze znaczenie, natomiast wymagana jest duża pojemność. Ważne jest, aby określić, w jakim środowisku zostanie zastosowany dany nośnik oraz w jakim zakresie temperatur będzie pracował.

Większość producentów podaje także wartość współczynnika TBW, który określa limit zapisywanych danych pozwalający sprawdzić, jaka pojemność dysku jest potrzebna i jaki będzie czas jego pracy. Aby uniknąć nieprzewidzianych awarii, w przypadku niestabilnego zasilania warto rozważyć zastosowanie dysków z wbudowanymi kondensatorami, dzięki którym w każdych warunkach może zostać dokończony proces zapisu i nie dojdzie do naruszenia integralności danych lub kontrolera dysku.

  • Czy są klienci korzystający z konsumenckich pamięci Flash w aplikacjach profesjonalnych?

Ze względu na niską cenę zakupu pamięci konsumenckich, część klientów używa ich w aplikacjach przemysłowych. W pierwszym okresie użytkowania nie widać między nimi znacznej różnicy. Niestety charakteryzują się one większą awaryjnością i nie zawsze prawidłowo pracują w trudnych warunkach środowiskowych.

W takiej sytuacji okazuje się, że mogą wystąpić przestoje w produkcji, co powoduje kilkukrotnie większe koszty dla klienta niż sam zakup nośnika przemysłowego. Nie zawsze występuje też możliwość zgłoszenia reklamacji produktów z pamięciami konsumenckimi, które były wykorzystane w warunkach przemysłowych, ponieważ część producentów stosuje zapisy o ograniczonej gwarancji.

  • Jakie zmiany technologiczne w zakresie pamięci Flash warto zauważyć?

Na uwagę z pewnością zasługuje miniaturyzacja układów elektronicznych, w tym pamięci NAND Flash. W ciągu ostatnich kilku miesięcy następuje migracja technologii NAND z 2D do 3D. Ten trend dotyczy głównie rynku konsumenckiego, jednak ma on duży wpływ również na aplikacje przemysłowe. Niektórzy producenci pamięci profesjonalnych już wprowadzili produkty oparte na technologii 3D.

Zmiana dotyczy zwiększenia gęstości zapisu danych poprzez warstwowe ułożenie komórek pamięci. Stosuje się, nie jak do tej pory, poziome gromadzenie danych (2D), a pionowe (3D). Takie rozwiązanie pozwala na zwiększenie pojemności i wydajności przy jednoczesnym zmniejszeniu poboru energii. Do budowy tych kości stosuje się przede wszystkim pamięci 3D MLC oraz 3D TLC. Docelowo kości 3D mają być tańsze niż 2D.

Pamięci przemysłowe Flash

Tabela 3. Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

Tak samo jak z małych komputerów przemysłowych zniknęły wentylatory, tak samo dzisiaj widać odwrót od klasycznych nośników danych, czyli napędów HDD, które zastąpiły pamięci Flash, a więc karty i dyski. W ostatnich latach dostępne pojemności nośników wzrosły na tyle, że nie ma problemu, nawet gdy trzeba przechować terabajty danych. Dyżurnym tematem jest trwałość i niezawodność zapisu, a także zakres temperatur pracy.

No i oczywiście cena, bo ona zawsze się liczy. Przemysłowe karty i dyski są sporo droższe od konsumenckich i nie jest to różnica mała. Powodem jest to, że bazują one na pamięciach SLC, w których jedna komórka przechowuje jeden bit danych, a nie kilka, mają bardziej zaawansowane kontrolery i bazują na chipach, które przeszły testy poprawności pracy w szerokim zakresie temperatur.

Sterowniki do takich zastosowań mają rozbudowane algorytmy detekcji i korekcji błędów, mechanizmy zarządzania uszkodzonymi blokami pamięci i monitorowania parametrów karty, które umożliwiają m.in. określenie stopnia jej zużycia. Niektóre rozwiązania mają też funkcje odzyskiwania danych oraz detekcji przerwy w zasilaniu lub podtrzymania zasilania.

Bardzo duży globalny wzrost popytu na pamięci półprzewodnikowe spowodowany zwiększeniem sprzedaży w parze z potężną ilością pamięci wbudowanej w smartfonach i wzrostem sprzedaży konsumenckich SSD spowodował w ostatnich latach duży wzrost cen pamięci, a także wydłużenie czasów dostaw. Oznacza to, że ograniczenia zjawiska wykorzystywania pamięci komercyjnych w zastosowaniach przemysłowych jeszcze potrwa.

Robert Magdziak

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców komputerów jednopłytkowych i pamięci Flash w Polsce.

Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów
Dowiedz się więcej

Prezentacje firmowe

Przejdź do kompendium

Polecane

Nowe produkty

Zobacz również