Η συνολική αγορά ενσωματωμένων συστημάτων έχει αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια. Με την εμφάνιση του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) και του Βιομηχανικού Διαδικτύου των Πραγμάτων (IIoT), η τεχνολογία ενσωματωμένων συστημάτων έχει γίνει ένας παράγοντας για την ταχεία ανάπτυξη έξυπνων και συνδεδεμένων οικοσυστημάτων IoT. Η ευρεία, ποικιλόμορφη και εξαιρετικά κατακερματισμένη αγορά ενσωματωμένων συστημάτων περιλαμβάνει λογισμικό, πλατφόρμες ανάπτυξης και υλικό. Όλο και περισσότερες βιομηχανίες, προϊόντα και υπηρεσίες βασίζονται πλέον σε ενσωματωμένα συστήματα. Οι βιομηχανικές αγορές για ενσωματωμένα συστήματα περιλαμβάνουν επικοινωνίες, αυτοκίνητα, αεροδιαστημική, ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, στρατιωτικά συστήματα, καθώς και βιομηχανικό έλεγχο και άλλες, συμπεριλαμβανομένων των έξυπνων πόλεων.
Τα ενσωματωμένα συστήματα είναι συνήθως κάποιος συνδυασμός υλικού και λογισμικού με σταθερές ή προγραμματιζόμενες λειτουργίες. Τα ενσωματωμένα συστήματα μπορούν να σχεδιαστούν για να υποστηρίζουν μία ή περισσότερες συγκεκριμένες λειτουργίες σε ένα μεγαλύτερο σύστημα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν συστήματα και μηχανήματα βιομηχανικού ελέγχου, αυτοκίνητα, στρατιωτικά συστήματα όπως ηλεκτρονικά και οπλικά συστήματα, ιατρικές συσκευές, καταναλωτικά προϊόντα, smartphone και αυτοματισμούς κτιρίων.
Για απλές-ενσωματωμένες συσκευές μεγάλου όγκου για την καταναλωτική αγορά, το κόστος του ενσωματωμένου συστήματος μπορεί να είναι 99% υλικό και 1% λογισμικό. Ωστόσο, για εξαιρετικά εξειδικευμένα,{4}}ενσωματωμένα συστήματα χαμηλού όγκου που χρησιμοποιούνται σε αεροσκάφη, αυτοκίνητα ή εξαιρετικά αξιόπιστους βιομηχανικούς ελέγχους, το λογισμικό μπορεί να είναι το 95% του κόστους του ενσωματωμένου συστήματος, εάν περιλαμβάνει δοκιμές και πληροί τα πρότυπα πολύπλοκων εφαρμογών. Για να περιπλέξει περαιτέρω τα πράγματα, δεν υπάρχει σαφής γραμμή μεταξύ ενσωματωμένων συστημάτων και υπολογιστών. Ακόμη και σήμερα, υπάρχει κάποια συζήτηση σχετικά με το εάν ένα smartphone ή μια έξυπνη πύλη IoT είναι ένα ενσωματωμένο σύστημα ή ένας αυτόνομος υπολογιστής. Όπου οι παραδοσιακές πύλες IoT συλλέγουν δεδομένα ασύρματων αισθητήρων και τα ωθούν στο σύννεφο, νέες έξυπνες πύλες IoT και συσκευές αιχμής μπορούν να υποστηρίξουν LAN, WAN, στοιχεία υλικού για την αγορά των ενσωματωμένων συστημάτων, όπως τσιπ, πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, υλικολογισμικό, συσκευές προορισμού και άλλα. Τα στοιχεία λογισμικού περιλαμβάνουν πλατφόρμες ανάπτυξης,{10}λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο (RTOS), δοκιμές και άλλα. Φυσικά, η συνολική αγορά για αυτά τα ενσωματωμένα συστήματα υποστηρίζει πολύ μεγαλύτερες συσκευές και μηχανήματα.
Οι ενσωματωμένες συσκευές τροφοδοτούνται συχνά από λογισμικό που είναι ενσωματωμένο στο υλικό, συμπεριλαμβανομένων συστημάτων-σε-τσιπ (SoC), προγραμματιζόμενων συστοιχιών πυλών πεδίου{{2} (FPGA), ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) που έχουν σχεδιαστεί για προγραμματισμό από ενσωματωμένους προγραμματιστές για συγκεκριμένες λειτουργίες και άλλες εκδόσεις υλικολογισμικού. Αυτό καθιστά δύσκολο τον πλήρη διαχωρισμό του λογισμικού από το υλικό. Οι προμηθευτές ενσωματωμένων συστημάτων σε αυτήν την αγορά μπορεί να περιλαμβάνουν εκείνους που προσφέρουν μόνο λογισμικό, όπως εργαλεία ανάπτυξης και δοκιμής και-λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο (RTOS). Καθώς και εκείνα που προσφέρουν επίσης FPGA, SoC και άλλα προϊόντα υλικολογισμικού.
Συνολικά, τα ενσωματωμένα συστήματα είναι μια πολύ ώριμη τεχνολογία και με τη συνεχή ανάπτυξη νέων, πιο ισχυρών επεξεργαστών, η τεχνολογία μπορεί πλέον να υποστηρίξει την επόμενη γενιά έξυπνων συσκευών, μηχανημάτων, εξοπλισμού και εργοστασίων. Τα ενσωματωμένα συστήματα αντιπροσωπεύουν μια βασική τεχνολογία ενεργοποίησης για έξυπνα, συνδεδεμένα προϊόντα, μηχανές και συστήματα που περιλαμβάνουν το Industrial Internet of Things και υποστηρίζουν τον ψηφιακό μετασχηματισμό ολόκληρων βιομηχανιών.
Μία από τις βασικές τάσεις στον ενσωματωμένο χώρο είναι η εμφάνιση συσκευών έξυπνης ακμής, οι οποίες θα βοηθήσουν να γίνουν τα συστήματα βιομηχανικής παραγωγής και οι μονάδες επεξεργασίας μέρος της ψηφιακής επιχείρησης. Η ενσωματωμένη νοημοσύνη σε αισθητήρες και άλλες συσκευές μέτρησης θα επιτρέψει την πρόσβαση, τη συγκέντρωση και την ανάλυση δεδομένων για την υποστήριξη προηγμένων αναλυτικών στοιχείων, καθιστώντας τα συστήματα παραγωγής και τον εξοπλισμό μέρος του βιομηχανικού οικοσυστήματος IoT και των ψηφιακών δίδυμων. Αυτές γίνονται βασικές τεχνολογίες που βοηθούν στη βελτιστοποίηση του κύκλου ζωής του περιουσιακού στοιχείου, ειδικά στις φάσεις λειτουργίας και συντήρησης.
Για να αξιοποιήσουν την επιχειρηματική ευκαιρία, τόσο οι πάροχοι τεχνολογίας υποδομής cloud όσο και αιχμής θα πρέπει να συνεχίσουν να κλιμακώνονται για να υποστηρίζουν δισεκατομμύρια αισθητήρες και δεκάδες χιλιάδες ευφυή συστήματα. Οι συσκευές άκρων πρέπει να είναι συνδεδεμένες και έξυπνες. Η συνολική αγορά ενσωματωμένων συστημάτων είναι έτοιμη για σημαντική ανάπτυξη λόγω της τεράστιας ζήτησης για ευφυΐα στην άκρη. Το αυξανόμενο οικοσύστημα IoT και η σταθερή εξέλιξη του βιομηχανικού αυτοματισμού σε κυβερνο-φυσικά συστήματα που βασίζονται σε προγνωστικές και συνταγογραφικές αναλύσεις θα οδηγήσουν τελικά σε αυτόνομα και{4}}συστήματα αυτοίασης. Αυτό θα είναι μια σημαντική κινητήρια δύναμη του κλάδου για την ανάπτυξη των ενσωματωμένων συστημάτων.
Ενσωματωμένα συστήματα στη βιομηχανία
Τα ενσωματωμένα συστήματα είναι μια σημαντική τεχνολογία σε βιομηχανίες όπως η αεροδιαστημική και η άμυνα, η αυτοκινητοβιομηχανία, οι ιατρικές συσκευές, οι επικοινωνίες και ο βιομηχανικός αυτοματισμός για δεκαετίες. Καθώς οι αρχιτεκτονικές των επεξεργαστών έχουν εξελιχθεί και μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύς μπορεί να ενσωματωθεί σε συστήματα και συσκευές, η ευφυΐα και η λειτουργικότητα αυτών των συστημάτων έχει αυξηθεί εκθετικά. Αυτό έχει κάνει τα προϊόντα που χρησιμοποιούν παραδοσιακά ενσωματωμένα συστήματα πιο έξυπνα και ισχυρότερα, και έχει κάνει τα προϊόντα σε άλλους κλάδους (καταναλωτικά αγαθά, οικιακές συσκευές, αθλητικά είδη κ.λπ.) έξυπνα και συνδεδεμένα. Τα ενσωματωμένα συστήματα γίνονται αναπόσπαστο μέρος σχεδόν των πάντων στη ζωή μας.
Αυτοκίνητο
Επί του παρόντος, οι εφαρμογές αυτοκινήτων αντιπροσωπεύουν τη μεγαλύτερη χρήση ενσωματωμένων συστημάτων και πιθανότατα θα παραμείνουν το μεγαλύτερο τμήμα για τα επόμενα χρόνια. Στα αυτοκίνητα, τα ενσωματωμένα συστήματα χρησιμοποιούνται για την ψυχαγωγία, την ασφάλεια, την ευαισθητοποίηση του οδηγού, τη συντήρηση και τον συνολικό έλεγχο του συστήματος του οχήματος. Η ανάγκη για επέκταση οχημάτων με προηγμένες δυνατότητες πλοήγησης, υποβοήθησης οδηγού και ικανότητας επικοινωνίας από οχήματα σε-οδούς θα αυξήσει μόνο τη ζήτηση για ενσωματωμένα συστήματα. Επιπλέον, ο έξυπνος έλεγχος του συστήματος επεκτείνεται με την εμφάνιση υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων και ηλεκτρικών αυτοκινήτων.
Επιπλέον, τα αναδυόμενα πλήρως αυτόνομα οχήματα θα απαιτήσουν εξαιρετικά ευφυή συστήματα. Πολύ πιο περίπλοκο από τα ενσωματωμένα συστήματα στα σημερινά οχήματα. Τα υπολογιστικά συστήματα σε αυτά τα οχήματα θα πρέπει να εκτελούν πολλαπλά πολύπλοκα λογισμικά και συστήματα τεχνητής νοημοσύνης για πλοήγηση, ανίχνευση δρόμου και οχημάτων, μοτίβα κυκλοφορίας, ανίχνευση πεζών, αντίληψη και αξιολόγηση κινδύνου και πολλά άλλα. Αναπτύσσεται μια νέα γενιά επεξεργαστών για ενσωματωμένα συστήματα για την κάλυψη αυτών των απαιτήσεων υπολογιστών και νοημοσύνης.
Ενσωματωμένα συστήματα νοημοσύνης αυτοκινήτου
Όταν συζητάμε το θέμα της τεχνητής νοημοσύνης στην αυτοκινητοβιομηχανία, το πρώτο πράγμα που έρχεται στο μυαλό των περισσότερων ανθρώπων είναι τα αυτοκίνητα-αυτοκίνητα. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η ανάπτυξη αυτοκινήτων χωρίς οδηγό είναι ένας πολύ ενεργός τομέας έρευνας και ότι η τεχνολογία θα είναι βιώσιμο μέρος των μεταφορών στο μέλλον, αν όχι στο εγγύς μέλλον. Ωστόσο, η σημερινή πραγματικότητα είναι ότι οι αλγόριθμοι γνωστικής μάθησης χρησιμοποιούνται κυρίως για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας, της ασφάλειας και την προσθήκη αξίας στις διαδικασίες γύρω από τα παραδοσιακά χειροκίνητα οχήματα.
Έως ότου η αυτοκινητοβιομηχανία είναι έτοιμη να θέσει την τεχνητή νοημοσύνη «πίσω από το τιμόνι», θα θέλει πρώτα να την εφαρμόσει σε τρέχοντα οχήματα παραγωγής με ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών-υποβοήθησης οδηγού. Η τεχνητή νοημοσύνη είναι ιδανική για να παρέχει προηγμένα χαρακτηριστικά ασφάλειας σε συνδεδεμένα οχήματα. Οι λειτουργίες υποβοήθησης οδηγού που είναι ενσωματωμένες σε οχήματα που βγαίνουν από τη γραμμή παραγωγής σήμερα μπορούν να βοηθήσουν τους οδηγούς να αισθάνονται άνετα με την τεχνητή νοημοσύνη προτού το όχημα γίνει πλήρως αυτόνομο.
Με την παρακολούθηση δεκάδων ενσωματωμένων αισθητήρων, η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να αναγνωρίσει επικίνδυνες καταστάσεις, να φρενάρει και να ελέγξει αυτόματα το όχημα για την αποφυγή ατυχημάτων και να ανιχνεύσει και να προειδοποιήσει τους οδηγούς για κινδύνους μέσα και γύρω από άλλα οχήματα.
Ένας τομέας όπου οι πελάτες αυτοκινήτων χρησιμοποιούν αυτήν τη στιγμή τεχνητή νοημοσύνη είναι οι υπηρεσίες cloud που βασίζονται σε AI- για προγνωστική συντήρηση. Σε αντίθεση με τα συμβατικά οχήματα, τα συνδεδεμένα οχήματα μπορούν να κάνουν περισσότερα από το να προειδοποιούν τους οδηγούς μέσω των φώτων ελέγχου κινητήρα και των προειδοποιήσεων χαμηλής τάσης ελαστικών. Σε πολλά από τα τελευταία μοντέλα, οι ενσωματωμένοι αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης παρακολουθούν εκατοντάδες αισθητήρες και μπορούν να εντοπίσουν προβλήματα προτού επηρεάσουν τη λειτουργία του οχήματος. Με την παρακολούθηση χιλιάδων σημείων δεδομένων ανά δευτερόλεπτο, η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να ανιχνεύσει μικρές αλλαγές που μπορεί να υποδηλώνουν αστοχία ή δυσλειτουργία του στοιχείου.
Υγειονομική περίθαλψη
Το Healthcare είναι μία από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες εφαρμογές για ενσωματωμένα συστήματα. Για παράδειγμα, φορητές και φορητές θεραπευτικές συσκευές, καθώς και συσκευές και εξοπλισμός που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση ζωτικών σημείων, κάνουν εκτενή χρήση των ενσωματωμένων συστημάτων. Με μικρά ενσωματωμένα συστήματα που παρακολουθούν τον καρδιακό ρυθμό ή εντοπίζουν φραγμένες αρτηρίες, η ενσωματωμένη τεχνολογία έχει κάνει επίσης πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις.
Ενώ το φυσικό μέγεθος των ημιαγωγών, των επεξεργαστών και των τσιπ στα ενσωματωμένα συστήματα που χρησιμοποιούνται στην υγειονομική περίθαλψη έχει μειωθεί, βλέπουμε επίσης μια εκθετική αύξηση της ευφυΐας και της λειτουργικότητας. Αυτό θα επιτρέψει σε μια νέα γενιά ιατροτεχνολογικών προϊόντων να ενεργούν και να παρεμβαίνουν στο σώμα και τα όργανά του με νέους και καινοτόμους τρόπους. Μικροσκοπικές αλλά ισχυρές συσκευές θα μπορούν να παρακολουθούν εξ αποστάσεως και να προσδιορίζουν την κατάσταση πολλών ασθενών μέσω κινητών συσκευών που είναι συνδεδεμένες σε διαγνωστικά κέντρα-που βασίζονται στον ιστό.
Καταναλωτικά Ηλεκτρονικά
Τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης είναι μια σημαντική αγορά για ενσωματωμένα συστήματα για δεκαετίες, αλλά με την έλευση του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT), η αγορά αποκτά νέα σημασία. Τα έξυπνα συνδεδεμένα προϊόντα απαιτούν νέα πρότυπα σχεδίασης και η ενσωματωμένη ευφυΐα έχει γίνει βασικό συστατικό. Οι επιχειρηματίες μηχανικοί μπορούν να ενσωματώσουν νέους τύπους αισθητήρων και λογισμικού στα προϊόντα που σχεδιάζουν.
Η αξία των μηχανών σύνδεσης και των περιουσιακών στοιχείων σε εργοστάσια και υποδομές είναι καλά τεκμηριωμένη, ειδικά καθώς σχετίζεται με τη μείωση του απρογραμμάτιστου χρόνου διακοπής λειτουργίας και τη βελτιστοποίηση των λειτουργιών. Με τη σειρά του, θα υπάρχει τεράστια αξία στη σύνδεση καταναλωτικών προϊόντων (έξυπνα τηλέφωνα, συσκευές παρακολούθησης καρδιακών παλμών, έξυπνες συσκευές, φωτισμός, ασφάλεια κ.λπ.) για παρακολούθηση, παρακολούθηση, έλεγχο και ρύθμιση. Αυτό ισχύει όχι μόνο για τους χρήστες των προϊόντων, αλλά και για τη μακροζωία των προϊόντων, γεγονός που θα βελτιώσει τον σχεδιασμό των προϊόντων στο μέλλον, καθώς και για τα μεγαλύτερα συστήματα στα οποία περιέχονται αυτά τα προϊόντα.
Κτιριακός Αυτοματισμός
Τα συστήματα αυτοματισμού για έξυπνα κτίρια και HVAC χρησιμοποιούν ενσωματωμένο λογισμικό και υλικό καθώς και τη βιομηχανία και θα αναπτυχθούν ραγδαία τα επόμενα χρόνια. Καθώς μπαίνουμε στην εποχή των έξυπνων κτιρίων και των έξυπνων πόλεων, η ενσωματωμένη νοημοσύνη θα γίνει αναπόσπαστο μέρος αυτών των ευφυών συστημάτων. Ο αυτοματισμός κτιρίων βασίζεται κυρίως στην παρακολούθηση και τη διατήρηση των περιβαλλοντικών συνθηκών, τον φωτισμό και τον έλεγχο πρόσβασης. Καθώς τα συστήματα γίνονται πιο έξυπνα, η λειτουργικότητα του έξυπνου κτιρίου μπορεί να επεκταθεί σε προγνωστικά και ρυθμιστικά συστήματα που καθορίζουν τις βέλτιστες συνθήκες. Τελικά, ο στόχος είναι να περάσουμε σε πλήρως αυτόνομα και αυτο{4}}συστήματα θεραπείας. Αυτά τα συστήματα θα βασίζονται στην τεχνητή νοημοσύνη και τη μηχανική μάθηση, όλα βασισμένα στην ενσωματωμένη νοημοσύνη.