Mikrokontrolery i IoT zapewniają elektronice szybki rozwój

Jesteśmy już bardzo blisko takiego stanu w rozwoju technologii, że każde urządzenie elektroniczne wymagające zasilania będzie miało przynajmniej jeden mikrokontroler. Liczba tych chipów w układach elektronicznych nieustannie rośnie, bo są one w stanie zapewnić bardzo dużą funkcjonalność za niską cenę, a dla wielu aplikacji tworzą praktycznie całą platformę sprzętową. Duża liczba producentów, wersji, różne architektury, rdzenie, szerokości szyny danych, wyposażenie w układy peryferyjne, a także przeznaczenie aplikacyjne powodują, że dobór optymalnej jednostki do realizowanego projektu staje się trudny i czasochłonny. Poza aspektami technicznymi optymalny wybór MCU wymaga też rozeznania biznesowego w cenach, dostępności, wymaganej wielkości zakupu i podobnych. W takich okolicznościach uwaga kierowana jest na dystrybutorów mikrokontrolerów oraz narzędzi, którzy są w stanie pomóc przebrnąć przez wiele trudnych decyzji.

Posłuchaj
00:00

Szybki rozwój rynku

Postęp techniczny i technologiczny w obszarze mikrokontrolerów jest bardzo szybki, przez co trzeba bardzo uważać, głosząc twierdzenia na temat tego, co się da, czego się nie da, co można, a czego nie. Bo zawsze może się okazać, że pojawiło się rozwiązanie, które tworzy wyjątek. A jak się ten wyjątek przyjmie (czyli okaże się dobrym pomysłem), to trwale zmienia paradygmat w danym obszarze.

Stałym trendem od lat jest to, że funkcjonalność mikrokontrolerów cały czas rośnie. Nowe mają więcej układów peryferyjnych, większą pamięć, lepsze rdzenie zapewniające wydajność i energooszczędność.

Ocena warunków biznesowych panujących na rynku w 2018 roku
 
Rynek mikrokontrolerów jest częścią rynku półprzewodników i tylko w niektórych analizach jest postrzegany jako osobny segment. W znakomitej większości przypadków mikrokontrolery liczone są razem z innymi półprzewodnikami, zwłaszcza na relatywnie małych rynkach w skali świata jak Polska. W rezultacie powyższy wykres ilustrujący warunki biznesowe panujące na rynku mikrokontrolerów w 2018 roku można rozciągnąć na ocenę koniunktury na rynku dystrybucji półprzewodników. Zdaniem połowy pytanych specjalistów była ona dobra. Co czwarty pytany był zdania, że koniunktura była zadowalająca. Ogólnie wymowa zestawienia jest jednoznacznie pozytywna i można uznać, że ubiegły rok w tej grupie produktowej nie był okresem problematycznym.

Rozwój rynku mikrokontrolerów nie jest też jednokierunkowy. Z uwagi na liczne obszary aplikacyjne rodziny produktów rozwijają się w kierunku dużej wydajności, małej mocy, w obrębie wersji specjalizowanych, np. komunikacyjnych, do przetwarzania sygnałów i sterowania silnikami itd.

Wiele jednostek jest ukierunkowanych do pracy w określonych aplikacjach i zawiera zestaw obwodów peryferyjnych kompletny z punktu widzenia zastosowań aplikacyjnych. Przykładem mogą być układy z obwodami analogowymi przeznaczone do pracy w zasilaczach cyfrowych, jednostki z wbudowanym transceiverem do komunikacji bezprzewodowej lub też mikrokontrolery o bardzo małym poborze mocy i z wysokorozdzielczym przetwornikiem A/C, a także blokiem obliczeniowym do kalkulacji zużycia mediów.

Bartosz Boryna

Inżynier Aplikacyjny ST Microelectronics

  • Czy mikrokontrolery wspierają sprzedaż innych komponentów elektronicznych?

Jeszcze kilka lat temu mikrokontroler był centralnym elementem aplikacji i do niego klienci dobierali wiele innych podzespołów, np. zasilanie, układy interfejsu. Gdy producent miał w sprzedaży szeroki asortyment komponentów, mikrokontrolery w naturalny sposób wspierały ich sprzedaż.

Obecnie takim kołem zamachowym dla sprzedaży są podzespoły o innowacyjnej funkcjonalności, na przykład czujniki lub rozwiązania komunikacyjne. One w dużej części determinują funkcjonalność, a mikrokontroler dobiera się do wymagań aplikacyjnych wybierając konkretny układ spośród wielu dostępnych chipów.

Optymalny wybór układu to spore wyzwanie

Ponieważ nie ma jednego układu pasującego do każdego zastosowania, oferty producentów szybko się rozszerzają, tworząc rodziny zawierające dziesiątki zgodnych pinowo i programowo wersji. Niekiedy jest ich tak wiele, że wybór wariantu w zakresie interfejsów, pamięci, obudowy a także ważnych szczegółów, jak zakres temperatur pracy itd., wymaga posłużenia się arkuszem kalkulacyjnym lub specjalizowanym narzędziem online.

Niemniej wiele wersji i wariantów obudów pozwala dobrze dobrać układ do wymagań aplikacyjnych.

Specjalizacja jeszcze bardziej zwiększa asortyment i przekłada się na setki chipów w każdej z rodzin. To dobrze i źle. Dobrze, bo jest z czego wybierać, nie trzeba iść na kompromisy lub przepłacać, kupując chip, którego możliwości wykorzystamy jedynie w części. Wiele komponentów w ramach oferty producenta i rodziny zapewnia też łatwość migracji, czyli użycia innego, lepszego chipu, zamiast dotychczasowego, bez konieczności przerabiania mozaiki obwodu drukowanego lub zmiany oprogramowania.

Zestawienie najpopularniejszych architektur mikrokontrolerów na rynku polskim
 
W porównaniu z analogicznym zestawieniem sprzed trzech lat AVR-y i PIC-e zamieniły się miejscami na wykresie (niemniej obie te pozycje stanowią ofertę firmy Microchip), znaczenie MSP430 TI zauważalnie się zmniejszyło, a potencjał rozwiązań Renesasa, NXP/Freescale lub klonów 51 stanowi pomijalny margines. Na wykresie dominują układy ARM Cortex, ale pozycja silniejszych jednostek ARM też jest wysoka. Można powiedzieć, że rynek się polaryzuje. Jeden biegun stanowią układy z rdzeniem ARM Cortex, drugi rozwiązania Microchipa i ST Micro.

Do minusów zaliczyć można to, że wybór jednostki najlepszej do danej aplikacji przestaje być łatwy. Póki wybór układu dotyczy danej rodziny, zestawienie parametrów ma formę jednej strony w arkuszu i daje się jakoś objąć. Wybór się komplikuje, gdy trzeba dobrać układ w ramach jednego producenta, a więc zwykle spośród wielu rodzin. Jeszcze gorzej jest, gdy nawet wybór producenta jest sprawą otwartą. Wówczas wybór to prawdziwa loteria.

W ramach jednego producenta wybór mikrokontrolera zwykle ułatwiają narzędzia online, konfiguratory i selektory. W jeszcze większej perspektywie układy pomagają wybrać dystrybutorzy. Pracownicy działów wsparcia technicznego mają nie tylko wiedzę techniczną, ale także dostęp do informacji na temat dostępności poszczególnych wersji, planowanego wycofania z oferty i podobnych aspektów biznesowych.

Jerzy Kozieł

Head of R&D w firmie Masters

  • Jakie zjawiska w obszarze aplikacji IoT przyciągają uwagę w ostatnim czasie?

W zakresie IoT należy zwrócić szczególną uwagę na nowy dynamicznie rozwijający się obszar układów zintegrowanych zawierających zarówno transceiver radiowy, jak i w pełni programowalny mikrokontroler do aplikacji IoT wspierającej urządzenie. Rozwój tego typu układów spowodowany jest przede wszystkim oczekiwaniami dalszego postępu w dziedzinie miniaturyzacji układów oraz redukcji kosztów, co zapewnia nowe możliwości adaptacyjne.

Układy zintegrowane oznaczają nowe możliwości miniaturyzacji układów IoT. Poprzez zwolnienie z powierzchni PCB obszaru zarezerwowanego dla kilku układów wraz z połączeniami pomiędzy nimi, obszar ten można przeznaczyć na nowe funkcje, np. dla sensorów. Wszędzie tam, gdzie zastosowanie transmisji danych w paśmie radiowym jest konieczne, a wymiary urządzenia muszą być niewielkie, użycie układów zintegrowanych może przesądzić o sukcesie.

Obecnie powszechnie stosowanym mikrokontrolerem w tego typu układach zintegrowanych jest architektura Cortex-M4 i M0 umożliwiająca zaawansowane tworzenie aplikacji IoT. Układy zapewniają szeroki dostęp do urządzeń peryferyjnych, w tym 12-bitowe ADC, SPI, I²C, I²S, UART, PDM i PWM.

Dzięki temu od strony realizacji nie ograniczają w żaden sposób rozwiązania. Należy dodać, że tego typu układy oferują dostęp do standardów Bluetooth 5.0, ZigBee, Thread, LoRa, a także LTE Cat. M1 / NB IoT w przypadku rozwiązań typu moduły, które są opracowane w szczególności z myślą o energooszczędnych rozwiązaniach IoT.

Wymagania nieustannie rosną

Stale zwiększające się wymagania klientów, coraz większe oczekiwania użytkowników elektroniki w stosunku do parametrów technicznych i funkcjonalności urządzeń wymuszają rozbudowę ofert o liczne chipy specjalizowane. Nie ma innej drogi, aby zapewnić spełnienie wszystkich wymagań w jednym produkcie.

Struktura obrotów z mikrokontrolerów i narzędzi projektowych w 2018 r.
 
Na wykresie pokazano zestawienie obrotów ze sprzedaży mikrokontrolerów przez dystrybutorów podzespołów elektronicznych. Jak widać, nie ma dominującej grupy ani też nie da się wysnuć na podstawie zaprezentowanych danych wniosków na temat tego, jaki potencjał biznesowy mają te elementy. Raczej widać, że obroty są pochodną wielkości firmy i jej profilu produktowego.

Rozbudowane peryferia wymagają wielu pinów w obudowie, więc czasem ograniczają możliwości miniaturyzacji. Duża struktura półprzewodnikowa, a więc chip z pojemną pamięcią i pełnym zestawem peryferiów, jest też drogi. Duża wydajność zwykle zaprzecza oszczędności energii, dlatego wybór mikrokontrolera, nawet w obrębie jednego producenta lub rodziny, to nieustanny kompromis.

Szeroka oferta sprzyja inercji

 
Tabela 1. Przegląd dostawców mikrokontrolerów i narzędzi projektowych

Negatywnym czynnikiem dla szybko rozwijającego się rynku jest to, że produkty mało popularne wypadają z produkcji. Koniec wytwarzania następuje też szybciej, gdy w ofercie pojawi się podobna, ale lepsza jednostka. W rzeczywistości takich problemów jest znacznie więcej, stąd wiele firm wiąże się z danym producentem mikrokontrolerów i konkretną architekturą na długo.

Inżynierska inercja negatywnie tym samym wpływa na tempo rozwoju rynku, ale nie należy postrzegać tego zjawiska pejoratywnie. Wyszukiwanie nowych rozwiązań, testy, tworzenie środowiska pracy z nowymi rozwiązaniami, narzędzia, oprogramowanie i co chyba jest najważniejsze - wiedza i znajomość danego rozwiązania, mają wartość materialną. Poszukiwanie nowych rozwiązań w zakresie mikrokontrolerów musi być podbudowane solidną argumentacją, np. tym, że to, z czego firma korzysta aktualnie, nie jest wystarczające lub korzyści z nowej platformy będą wymiernie duże.

Skutek jest taki, że firmy zazwyczaj w nowych projektach zostają ze znaną sobie rodziną mikrokontrolerów danego producenta - starają się modernizować produkty w znanej sobie architekturze i zestawie oprogramowania.

Wsparcie techniczne zawsze jest potrzebne

Producenci i dystrybutorzy rozumieją rozterki producentów elektroniki oraz ich ciągłe problemy z brakiem czasu i starają się wspierać każde działanie, za którym kryje się realna chęć rozwoju. Darmowe próbki chipów to standardowe minimum, ale miniaturowe obudowy chipów (zwłaszcza te bezwyprowadzeniowe) oraz konieczność posłużenia się procesem SMT w montażu nawet jednej sztuki powodują, że najlepszą platformą do testów nowych rozwiązań są płytki startowe.

W ostatnich pięciu latach w tym obszarze zaszły ogromne zmiany, a liczba zestawów dostępnych na rynku jest liczona w tysiącach. W praktyce każdy nowy chip o charakterze systemowym (a więc bardziej złożony) oraz inne układy w małych obudowach, np. bezwyprowadzeniowych, są wprowadzane na rynek razem z zestawem projektowym.

Koniunktura na rynku w I poł. 2019 roku
 
Aktualna koniunktura na rynku oceniona została na minimalnie słabszą w porównaniu do wyników za cały 2018 rok, niemniej cały czas warunki biznesowe są ogólnie dobre. Rynek półprzewodników podąża za tym, co dzieje się w gospodarce i trudno nie dostrzec tego, że ogólny wydźwięk dość dobrze się pokrywa. To, czy warunki są dobre, czy zadowalając, to także kwestia oczekiwań lub też indywidualnej oceny rzeczywistości przez pytane osoby. W takim kontekście wykres jest jedynie wskazówką, co dzieje się na rynku bez wartościowania ilościowego.

Płytki startowe są często traktowane tak samo jak próbki, a więc rozdawane na seminariach, przekazywane klientom w ramach wsparcia technicznego. Ogólnie ma to sens, bo w dzisiejszej sytuacji, gdy czas staje się największym dobrem w pracy inżynierskiej, każde działanie, które go oszczędza i sprawia, że nie trzeba zaczynać od zera, jest doceniane.

Interesujący, pomysłowy i bogato wyposażony zestaw, zawierający mikrokontroler, układ komunikacyjny, czujniki, wyświetlacz, jest niczym magnes przyciągający uwagę. Otrzymana za darmo płytka startowa nierzadko jest przyczyną zainteresowania daną architekturą studentów i pracowników biur projektowych, którzy później mogą podjąć decyzję o większym zaangażowaniu właśnie w tym, znanym już kierunku.

Najważniejsze kierunki rozwoju funkcjonalności mikrokontrolerów
 
Lista najważniejszych funkcjonalności mikrokontrolerów branych przy wyborze układu i oczekiwanych w nowych wersjach otwierają te związane z zapewnieniem niskiego poboru mocy, a dalej łatwością komunikacji, możliwością skalowania projektów dzięki zgodności pinowej i programowej oraz dostępności oprogramowania i bibliotek. Duża wydajność jest istotna, ale nie jest najważniejsza i wyraźnie ustępuje wielu innym funkcjom. Cena też jest oczywiście ważna. Patrząc z perspektywy, widzi się, że w wyborze mikrokontrolera liczy się utylitarność, czyli najlepszy stosunek możliwości do ceny.

Warto zauważyć, że zestawy projektowe, nawet te darmowe lub oferowane za symboliczne sumy, mają całkiem spore możliwości. Producenci dotują takie konstrukcje, instalując tam kosztowne elementy, takie jak FPGA lub nowoczesne czujniki MEMS itp. Przy wykorzystaniu projektów referencyjnych, narzędzi i oprogramowania dostarczanego przez producentów ryzyko niepowodzenia jest minimalne.

Dostępność narzędzi projektowych oraz nowości ze świata mikrokontrolerów dostrzegli dystrybutorzy katalogowi. W ostatnich trzech latach wszystkie firmy tego typu znacznie rozbudowały swoje oferty, nawiązały współpracę z producentami narzędzi i zaczęły je intensywnie promować. To znak, że na mikrokontrolery patrzy się przez pryzmat narzędzi, a nie chipów.

Mateusz Choromański

Solution Field Application Engineer Arrow Electronics

  • Jakie są oczekiwania klientów w stosunku do dostawcy mikrokontrolerów?

Według mnie klienci przede wszystkich oczekują wysokiej jakości produktu, co rozumiem nie tylko przez niezawodność układu, ale także przez wysoką jakość dokumentacji i narzędzi deweloperskich. Jeśli dokumentacja jest czytelna i dobrze przygotowana, zazwyczaj nie ma potrzeby uzyskiwania pomocy bezpośrednio od producenta.

Oczywiście warto mieć taką możliwość w przypadku niestandardowych zapytań związanych np. z pisaniem oprogramowania. Jakość środowiska deweloperskiego jest również bardzo ważna, bo błędne lub niewygodnie działanie środowiska potrafi skutecznie zrazić inżynierów wykonujących pierwsze podejście do nowego układu. Kilku producentów oferuje przykładowo darmowy kompilator Keil dla określonych rodzin mikrokontrolerów, co jest bardzo pożądanym zjawiskiem i wyróżnia producenta pośród innych propozycji.

Istotna jest także dostępność zestawów rozwojowych + możliwość zorganizowania próbek w szybkim czasie. W Arrow dysponujemy magazynem do wypożyczania zestawów rozwojowych zwanym TestDrive oraz sklepem internetowym arrow.com, który wspiera nas w organizowaniu tych rzeczy. Z perspektywy logistycznej na pewno ważnych jest kilka kryteriów: utrzymujące się ceny w czasie życia projektu klienta, długookresowa dostępność, czas dostawy, na który klienci teraz na to bardzo zwracają uwagę po zeszłorocznych alokacjach u niektórych producentów.

Zaryzykowałbym stwierdzenie, że cena nie jest podstawowym wyznacznikiem przy wyborze mikrokontrolera. Ceny układów znacząco spadły i różnice, czasem w wielkości kilku groszy, nie mają już takiego znaczenia jak czas potrzebny do wdrożenia rozwiązania na rynek.

Oprogramowanie równie istotne jak hardware

Na szybkość projektowania ma też wpływ czas przygotowania oprogramowania i z reguły jest to zagadnienie bardziej istotne od warstwy sprzętowej. To dlatego, że wiele aplikacji składa się z mikrokontrolera razem z niewielkim otoczeniem układów pomocniczych i peryferyjnych i od strony układowej są one stosunkowo proste.

To jest normalne działanie, bo konieczność minimalizacji kosztów prowadzi do tego, aby koszt materiałowy zdefiniowany przez listę BOM był jak najniższy. Z uwagi na to korzystniej jest implementować więcej funkcji użytkowych w oprogramowaniu, bo związane z nim wydatki nie dotyczą każdej wytworzonej sztuki.

Te procesy sprawiają, że rola oprogramowania firmware cały czas się zwiększa. Staje się ono bardziej rozbudowane i złożone, a czas jego przygotowania (napisania) jest coraz dłuższy.

Podobnie jak zestawy startowe, projekty aplikacyjne lub gotowe rozwiązania dostarczane przez działy wsparcia technicznego producenta i dystrybutora ułatwiają budowę części sprzętowej, takie same zjawiska można dostrzec w zakresie oprogramowania. Podstawą są zintegrowane środowiska typu IDE, ale największą pomoc zapewniają gotowe kawałki kodu, biblioteki procedur lub nawet gotowe rozwiązania z otwartą licencją, które wystarczy przerobić pod swoje potrzeby.

Najważniejsze zjawiska hamujące rozwój rynku MCU
 
Czynniki negatywnie oddziałujące na tempo rozwoju rynku mikrokontrolerów to przede wszystkim inercyjne podejście klientów do nowych rozwiązań i technologii, a więc innymi słowy preferowanie tego, co się zna i z czego już korzystało się wcześniej. Drugi istotny czynnik na wykresie to wysokie ceny zaawansowanych układów, zwłaszcza tych z dużymi zasobami pamięciowymi. Na sprzedaż jednostek uniwersalnych negatywnie oddziałują także coraz popularniejsze rozwiązania aplikacyjne i gotowe systemy na krzemie (SoC), np. procesory komunikacyjne Espressif będące w pewnym uproszczeniu mariażem modułu radiowego z mikrokontrolerem.

Takie zasoby też się bardzo szybko zwiększają i mają duży wpływ na tempo rozwoju rynku i na akceptację nowych rozwiązań. Poza oprogramowaniem darmowym na rynku jest jeszcze wiele narzędzi płatnych związanych np. z grafiką, interfejsem użytkownika. Konieczność pracy od zera jest chyba bardzo rzadkim przypadkiem.

Coraz większe znaczenie w tworzeniu oprogramowania mają języki wysokiego poziomu, także wersje skryptowe, specjalizowane narzędzia zdolne do wygenerowania kodu na podstawie zapisanego graficznie algorytmu. Takie narzędzia najczęściej kierowane są do tworzenia aplikacji IoT i jeśli nie ma wymagań co do szybkości, a stopień komplikacji nie jest duży, to można z ich użyciem sporo sobie zaoszczędzić wysiłku.

W powstanie takich narzędzi zaangażowały się duże koncerny, a przykładem może być Microsoft, który stworzył narzędzia pozwalające prosto stworzyć oprogramowanie dla projektu IoT z wykorzystaniem chmury Azure Sphere. Wraz z kolejnymi układami SoC zawierającymi kompletne platformy sprzętowe do takich zastosowań takie narzędzia będą zyskiwać na znaczeniu i zapewne będą coraz doskonalsze. Hipotetyczny koniec takich procesów można upatrywać w tym, że w obszarze IoT najbardziej liczyć się będzie pomysł na aplikację, to, jaką korzyść (wartość) będzie można osiągnąć, a nie sprzęt i oprogramowanie.

Marcin Lipka

Sales Director Soyter Components

  • Jakie nowości na rynku są warte zauważenia?

Jednym z najciekawszych trendów na rynku są rozwiązania integrujące funkcje mikrokontrolera (bogate peryferia, zasoby obliczeniowe, wielowątkowość) z transmisją bezprzewodową. Zwłaszcza teraz, w dobie przenośnych, zasilanych bateryjnie i podłączonych do sieci urządzeń elektronicznych, wykorzystanie układów o dużej funkcjonalności i małym zużyciu energii pozwala na uzyskanie nieosiągalnych do tej pory wymiarów aplikacji i bardzo atrakcyjnej ceny.

Jeśli doda się do tego coraz częściej spotykaną kompatybilność z systemami operacyjnymi czasu rzeczywistego (m.in. FreeRTOS), uzyskujemy produkt o wyjątkowym współczynniku funkcjonalności do ceny, który dodatkowo znacznie skraca czas jego tradycyjnej implementacji (m. in. dzięki gotowym bibliotekom).

Przykładem takiego rozwiązania jest m.in. mikrokontroler ESP32 od firmy Espressif. Ma on dwa rdzenie obliczeniowe, dodatkowy rdzeń niskoenergetyczny, szeroki wachlarz interfejsów, a także obsługuje komunikację bezprzewodową Wi-Fi oraz Bluetooth.

  • Jakie najważniejsze cechy mikrokontrolerów brane są pod uwagę przez klientów?

Klienci przemysłowi w pierwszej kolejności zwracają uwagę na stabilną cenę i dostępność produktu na przestrzeni kolejnych lat. Dziś jest to dla nich absolutne minimum. W dalszym kroku istotna jest łatwość implementacji rozwiązania. Jakość dokumentacji, dostępność narzędzi i przykładów, a także pomoc techniczna dystrybutora oraz producenta w oczywisty sposób przekładają się na czas, a co za tym idzie, także i koszty wdrożenia produktu.

Ciekawym trendem jest również budowanie społeczności wokół produktu. Dotyczy to w szczególności młodych konstruktorów, którzy cenią sobie możliwość szybkiego wyszukania pewnych informacji, potwierdzonych przez innych praktyków. Sieć daje im tę możliwość.

Phyton atakuje dominującą pozycję C plus plus

Z opisanych wyżej powodów coraz częściej programiści sięgają w pracy po języki wysokiego poziomu takie jak Phyton. Powodem jest to, że z ich użyciem łatwo i szybko można napisać nawet skomplikowany program, taki, którego implementacja w C++ wymagałaby znacznie więcej wysiłku. Dawniej, gdy zasoby pamięciowe mikrokontrolerów były niewielkie, podobnie jak wydajność przetwarzania, koniecznie było pisane oprogramowania w językach niskiego poziomu, w asemblerze, potem przez długie lata w C/C++.

Najważniejsze zjawiska pozytywnie wspierające rozwój rynku
 
W zestawieniu głównych zjawisk pozytywnie wspierających rozwój rynku mikrokontrolerów trzy kryteria wyraźnie dominują nad całą resztą. Duża popularność układów ARM Cortex-M tworzy standard przemysłowy i wynikającą z niej wartość dodaną, jak znajomość wśród inżynierów, dostępność, szerokość oferty chipów i oprogramowania. Drugi czynnik, a więc rosnąca funkcjonalność i zasoby mikrokontrolerów, cały czas poszerza możliwości aplikacyjne, tak samo jak wymienione na trzecim miejscu nowe otwarcia rynku, głównie te związane z aplikacjami IoT. W wielu takich rozwiązaniach specjalizowany i funkcjonalny mikrokontroler jest głównym i jedynym chipem w takiej aplikacji i jego możliwości determinują funkcjonalność całości.

Dzisiaj wydajność przetwarzania nie jest barierą, bez problemu można kupić chipy z pojemną pamięcią Flash, a wiele aplikacji nie musi działać w czasie rzeczywistym. Badania ankietowe, zarówno nasze własne wykonywane na potrzeby tego zestawienia jak i zagraniczne stowarzyszenia branżowe (patrz strona 18), wykazują niezbicie, że Phyton w systemach embedded jest wybierany równie często jak język C.

Komunikacja i niewielkie potrzeby energetyczne

W ostatnich latach rynek elektroniki szybko się zmienia i znaczenia nabierają aplikacje przenośne, rozwiązania IoT oraz systemy rozproszone, np. telemetryczne sieci pomiarowe. Wiele takich rozwiązań zasilanych jest z akumulatorów i baterii jednorazowych, stąd potrzeby związanie z zapewnieniem jak najmniejszego poboru mocy stają się bardzo istotne.

Drugim istotnym trendem jest komunikacja bezprzewodowa. Elektronika mobilna, urządzenia klasyfikowane jako IoT muszą mieć możliwość wymiany danych, dostępu do Internetu lub gromadzenia danych w chmurze obliczeniowej. Stąd komunikacja jest i będzie w przyszłości ważnym obszarem determinującym możliwości mikrokontrolerów.

Mikrokontrolery i narzędzia projektowe - znaczenie dla biznesu firmy
 
Ocena znaczenia biznesowego mikrokontrolerów dla dostawców dała takie wyniki, że ponad połowa firm postrzega je jako istotną część biznesu. Zapewne w tym polu kryją się firmy ze statusem autoryzowanego dystrybutora lub takie, które sprzedają całe spektrum podzespołów i mikrokontrolery stanowią kluczową pozycję. Żółte pole, gdzie zebrane zostały oceny, że omawiane układy są bardzo ważne, to zwykle domena dostawców specjalizowanych, a więc takich, gdzie dystrybucja tych podzespołów jest osią biznesową przedsiębiorstwa. Relatywnie duże znaczenie biznesowe mikrokontrolerów w tych przypadku bardzo często wynika z kompetencji technicznych dostawcy, nierzadko kompleksowej oferty obejmującej narzędzia, platformy uruchomieniowe, a często też oprogramowanie.

Na rynku są układy SoC, gdzie moduł komunikacyjny został zintegrowany w całość aplikacyjną z mikrokontrolerem tak, że realizuje wygodną platformę aplikacyjną, np. Espressif. Sukces tego rozwiązania wskazuje po raz kolejny wyraźnie rysujący się kierunek rozwoju, a więc uniwersalną platformę sprzętową o szerokich możliwościach konfiguracji.

Wydajność czy niski pobór mocy

Mówiąc ogólnie, duża wydajność mikrokontrolerów jest w sprzeczności z niskim poborem mocy. Ale ostatnio na rynku pojawiły się mikrokontrolery, które mają dwa rdzenie - jeden wydajny, a drugi energooszczędny, co pozwala programiście używać ich w zależności od tego, co jest potrzebne w danej chwili. To przykład wyłomu w tej ogólnej regule.

Nowe technologie pozwalają na usypianie działania procesora i szybkie wybudzanie, automatyczne dopasowanie wydajności do realizowanych zadań, skalowanie napięcia zasilania i inne podobne techniki. Są układy z autonomicznie działającymi układami peryferyjnymi, które mogą samodzielnie wymieniać dane bez udziału procesora.

Oczekiwania klientów w stosunku do dostawcy
 
W warunkach rynku krajowego najbardziej wartościowym dla zdalnej identyfikacji odbiorcą jest przemysł, w tym zastosowania w aplikacjach automatyki przemysłowej oraz branża logistyczno-transportowa. Duży popyt kreują też obszary takie jak rejestracja czasu pracy i ochrona mienia (w tym domofony), ale trudno tutaj o jakieś zaskoczenie, bo są to chyba najstarsze obszary zastosowań. Za to piąta pozycja z wynikiem 64% głosów w ankiecie na kontrolę procesu produkcji, w tym aplikacje klasy traceability, jest wskazaniem, że wykorzystanie kart RFID do dokumentowania i kontroli operacji cały czas się zwiększa. Systemy traceability są rozwiązaniami kosztownymi i jednocześnie coraz bardziej poszukiwanymi. RFID jest tu chętnie wykorzystywany, bo komponenty sprzętowe są relatywnie tanie.

W zakresie niskiego poboru mocy producenci z pewnością nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa, wraz z kolejnymi rekordami można liczyć na wzrost popularności zasilania energią wolnodostępną (energy harvesting), przed którą widać wielki potencjał i która powinna być głównym źródłem zasilającym dla aplikacji elektroniki noszonej (wearables).

Na razie producenci mikrokontrolerów starają się łagodzić niedogodności związane z zawieraniem kompromisu między dużą wydajnością a małym poborem mocy poprzez rozbudowę chipów. Dwa mikrokontrolery w jednej strukturze są pomysłową koncepcją, która pojawiła się w rodzinie STM32, ale też można ją dostrzec w wielu układach SoC, gdzie z reguły jest kilka rdzeni: aplikacyjny, komunikacyjny itd.

Ewolucja, a nie rewolucja

W zakresie popularnych mikrokontrolerów, technologii i rozwiązań w ostatnich latach nie pojawiły się jakieś przełomowe koncepcje. Rynek jest zdominowany przez architekturę ARM Cortex-M, która stale wzbogaca się o nowe wersje, zarówno takie, gdzie nacisk położono na wydajność, jak i te koncentrujące się na zagadnieniach energooszczędności.

Na rynku pojawiają się też często jednostki specjalizowane jako systemy na krzemie (SoC). Najczęściej dotyczy to integracji mikrokontrolera i układu radiowego, rzadziej z FPGA lub obwodami audio. SoC-e to korzystne rozwiązania, które są implementowane m.in. w urządzeniach medycznych, systemach oświetleniowych, grach elektronicznych oraz IoT. Za ich pomocą można zamknąć całą warstwę sprzętową aplikacji w jednym układzie, stąd tam, gdzie liczy się cena, miniaturyzacja, jest to korzystny wybór.

Potrzeby klientów i wymagania w stosunku do mikrokontrolerów
 
Najważniejsze potrzeby klientów w zakresie oczekiwanej funkcjonalności mikrokontrolerów koncentrują się wokół szerokich możliwości aplikacyjnych tych układów oraz zgodności programowo-pinowej umożliwiającej długoterminowy rozwój produktów i skalowanie wydajności bez konieczności ponoszenia dużych nakładów pracy. W warunkach krajowych, gdzie dominują aplikacje specjalistyczne i przemysłowe, dość wysoko uplasowało się kryterium związane z długoterminową dostępnością chipów w sprzedaży (longevity). Duża moc obliczeniowa, koprocesory grafi czne i jednostki DSP w hierarchii potrzeb krajowych klientów znalazły się na samym dole zestawienia. To zapewne dlatego, że aplikacje, w których liczy się wydajność przetwarzania danych, łatwiej stworzyć w oparciu o komputery SOM/COM.

Oprócz nowoczesnych, bogato wyposażonych i wydajnych mikrokontrolerów 32-bitowych, na rynku cały czas zgodnie egzystuje grupa procesorów 8-bitowych, o nieporównywalnie mniejszych zasobach, funkcjonalności i liczbie układów peryferyjnych, ale za to bardzo tanich i znakomicie nadających się do realizacji prostych układów sterowania.

Do wielu zastosowań i aplikacji 8 bitów całkowicie wystarcza, a przy niskich cenach takich jednostek, zaczynających się od ułamka dolara za sztukę, wykorzystuje się je jako proste układy czasowo-logiczne. Na rynku zawsze będzie popyt na proste i ekonomiczne rozwiązania i wydaje się, że pozycja takich budżetowych jednostek nie jest zagrożona.

Ogromna funkcjonalność za grosze

 
Tabela 2. Dane kontaktowe do firm wymienionych w tabeli 1

Mikrokontrolery są coraz tańsze, co może niekoniecznie widać w cenach bezwzględnych, ale z pewnością daje się dostrzec pod względem stosunku ceny do możliwości (wydajność, pamięć, układy peryferyjne).

Projektanci przez cały czas szukają też oszczędności na najdroższych układach stosowanych w modułach elektronicznych, stąd wynika prawdopodobnie zapotrzebowanie na tanie mikrokontrolery, które nie muszą być uniwersalne. To zapewne też przyczyna, dla której jednostki 8-bitowe cały czas znajdują chętnych, bo takiego mikrokontrolera opłaca się użyć nawet do prostych funkcji logicznych.

Kolejną odsłonę możliwości integracji i obniżki cen przynoszą układy SoC (system na krzemie) zawierające w jednym chipie praktycznie całą aplikację (procesor, pamięć, komunikację). Funkcjonalność, jaką dostaje się za symbolicznego dolara, jest bardzo duża i niemożliwa do osiągnięcia w jakimkolwiek innym rozwiązaniu bazującym na elementach dyskretnych. Dlatego perspektywy dla tego obszary rynku są znakomite.

Jak wybrać kompetentnego dostawcę?

 
Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

Z uwagi na szerokość asortymentu w zakresie mikrokontrolerów towarzysząca raportowi tabela przeglądowa koncentruje się na prezentacji potencjału poszczególnych firm oraz ocenie ich kompetencji technicznych, a nie na produktach. Uchwycenie szczegółów poszczególnych rodzin, rdzeni, w formie niewielkiej tabeli jest niewykonalne, dlatego skupiamy się na dostawcach, wierząc, że dobry i kompetentny dystrybutor jest w stanie zapewnić klientom większą pomoc niż najdokładniejsza tabela.

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród firm handlowych oferujących mikrokontrolery w Polsce.

Powiązane treści
Rynek mikrokontrolerów spadnie w 2019 r. o 6%
Mikrokontrolery i IoT - przegląd możliwości zapewnianych przez Silicon Labs i Maxim
Jak i po co wysyłać dane I/O z obiektu do chmury?
BNS - z nami wejdź w świat IoT
Mikrokontrolery Espressif - rewolucja w dziedzinie IoT
TME dostarczy programatory mikrokontrolerów
Wzrost na rynku mikrokontrolerów spadnie w 2019 r. prawie do zera
STM32WB - mechanizmy współpracy rdzeni w mikrokontrolerze dual-core
Mikrokontrolery ESP32, czyli dobry sposób na IoT
Mikrokontrolery STM32 - po które z nich warto sięgnąć?
Pierwszy mikrokontroler z rodziny STM8 w 8-pinowej obudowie
Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA
STM32H7 - nowa rodzina mikrokontrolerów z Cortex-M7
Oprogramowanie EDA, narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów są kluczowe dla rozwoju elektroniki i prac projektowych
Bezpieczeństwo w IoT - coraz ważniejsze i coraz bardziej problematyczne
Wykorzystanie zaawansowanych czujników ciśnienia w aplikacjach IoT
Nowy eBook społeczności element14 - profesjonalne spojrzenie na karierę w dziedzinie IoT
Osiąganie realnego bezpieczeństwa w złożonym świecie technologii IoT
ST1PS01 - konwerter dla elektroniki mobilnej i IoT
Na rynku pracuje ponad 1 mln zaprojektowanych przez nas urządzeń, mówią Kamil Grabowski i Adam Piotrowski z firmy FastLogic
Projekt: Platforma IoT do monitoringu warunków środowiskowych
Zobacz więcej w kategorii: Raporty
Komponenty
Dystrybucja podzespołów elektronicznych
Produkcja elektroniki
Oszczędność energii w produkcji elektroniki - materiały i urządzenia
Optoelektronika
Oświetlenie LED
Elektromechanika
Przełączniki, przyciski i klawiatury
Optoelektronika
Wyświetlacze i elektroniczny papier
Elektromechanika
Przekaźniki elektromagnetyczne
Zobacz więcej z tagiem: Mikrokontrolery i IoT
Gospodarka
Kolejny kamień milowy w rywalizacji "mikrokontroler za dolara"
Rynek
Komponenty automatyki przemysłowej
Gospodarka
Trendy technologiczne i aplikacyjne zmieniają popyt na mikrokontrolery

Jak kompensować moc bierną w małej firmie, by płacić mniej za energię bierną?

Z reguły małej firmy nie stać na zakup automatycznego kompensatora mocy biernej. Niemniej, sytuacja nie jest bez wyjścia i w tym artykule na prostym przykładzie pokazane zostało podejście do rozwiązania problemu mocy biernej.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów