СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 7/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2016 Заказные аналоговые микросхемы для промышленного Интернета вещей В статье даётся краткий обзор промышленного Интернета вещей, описываются процессы, двигающие этим рынком, и рассказывается о том, как полупроводниковая отрасль реагирует на связанные с этим рынком потребности. Также приведён пример заказной однокристальной схемы, предназначенной для использования в различных промышленных применениях, где важную роль играют низкое энергопотребление, удалённое развёртывание, снижение издержек производства и быстрая скорость выхода на рынок. Даррен Хоббс, Томми Муллейн, S3 Group Перевод: Игорь Матешев В ВЕДЕНИЕ Рынок промышленного управления и автоматизации вступает в эру, когда потребности промышленности могут быть легко удовлетворены доступом к практичным и высокопроизводитель- ным интегрированным решениям от полупроводниковой промышленности. Общие затраты на производство мож- но ощутимо сократить, если использо- вать заказную схему. Зачем платить немалые деньги за готовые дискретные аналоговые ком- поненты, когда интегрированная однокристальная схема сможет сэко- номить до 90% затрат на материалы? Кроме того, при интеграции в проект заказчика разработчик может внести изменения, которые позволят выде- лить конечную продукцию, сделать её более конкурентоспособной и, воз- можно, подходящей для других при- быльных сфер. Среди преимуществ – гарантия прав собственности на всё решение, отказ от работы с дистрибью- торами и отсутствие длинной цепочки поставки и связанных с этим проблем. О БЗОР РЫНКА Рынок в цифрах Промышленность 4.0 (или четвер- тая промышленная революция) – это ёмкий термин. Он подразумевает ряд технологий современной автоматиза- ции, обмен данными и производство. Эти технологии облегчают создание модульного «умного завода», в котором компьютеризованные системы наблю- дают за физическими процессами, соз- дают виртуальную копиюфизического мира и принимают децентрализован- ные решения. Системы связываются друг с другом через промышленный Интернет вещей и взаимодейству- ют как между собой, так и с людьми в режиме реального времени, а также через Интернет служб. В 2014 г. решения на рынке промыш- ленного Интернета вещей обеспечили доход в $3,77 млрд. По некоторым оцен- кам в 2021 г. он возрастёт до $11,23 млрд, со среднегодовым темпом роста в 16,8% (прогноз 2015 г. консалтинговой ком- пании Frost & Sullivan). В этом сегмен- те рынка большое значение имеют решения для промышленного управле- ния (до 38%), за ними следуют датчики температуры, давления, потока и обна- ружения газа. Достаточно сказать, что рынок промышленного Интернета вещей находится в самом начале сво- его жизненного цикла – хорошее вре- мя, чтобы обратить на него внимание. Двигатели рынка Промышленная автоматика требует данных в реальном времени. Монито- ринг процесса сокращает объём отхо- дов и повышает эффективность произ- водства. Возможность получить доступ к этой информации удалённо и в режи- ме реального времени позволяет опти- мизировать ресурсы, энергию и труд рабочих. В случае изменения произ- водительности система заранее преду- преждает оператора и нивелирует поте- ри производственного времени. Плюсы подобных решений – низкая стоимость их реализации, низкое энергопотребле- ние, безопасность и надёжность свя- зи. Кроме того, существует растущая потребность в точности, которую такие системы вполне могут удовлетворить. З АКАЗНЫЕ АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ Учитывая относительно раннюю ста- дию развития рынка промышленного Интернета вещей, на сегодняшний день большинство используемых сенсорных решений состоят из крупных, перегру- женных печатных плат, напичканных дискретными преобразователями дан- ных, усилителями и микроконтролле- рами. К сожалению, эти решения не оптимальны с точки зрения стоимо- сти, мощности, надёжности и соотно- шения площади к объёму. Десятилетний опыт полупроводни- ковой индустрии в разработке одно- кристальных систем для связанных сегментов потребительской электро- ники позволяет получить оптими- зированные, более дешёвые и менее энергозатратные системы. Комби- нированные заказные интегральные схемы теперь доступны и для сред- них (и низких) сегментов рынка в силу того, что появились более дешёвые полупроводниковые пластины тол- щиной от 0,18 мкм до 65 нм, в допол- нение к большому количеству техноло- гий обработки кремния. В настоящее время локомотивом рынка полупрово- дниковой промышленности становит- ся Интернет вещей (по мере того как рынок потребительской электроники насыщается). Современные техноло- гии производства полупроводнико- вых материалов внедряются на многих фабриках, что даёт возможность раз- рабатывать системы со сверхнизким энергопотреблением и поддержкой высоких напряжений. Это как нельзя лучше подходит для развития промыш- ленного Интернета вещей, находяще- гося, в отличие от рынка потребитель- ского Интернета вещей, на подъёме. П РИМЕР РАЗРАБОТКИ Компания S3 Group разработала и продолжает разрабатывать много- численные однокристальные системы для использования во многих прило- жениях. Приведём пример одной такой разработки, которая в действительно- сти представляет собой настраивае-