Mikrokontrolery i IoT zapewniają elektronice szybki rozwój

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.