NR. 2 maj 2013 I n d u s t r i e l t e k n o l o g i o g s o f t w a r e Kort til den indlejrede fremtid Vi kan gå den hurtige vej, hvis vi kender de nye trends indenfor indlejrede systemer og kombinerer industriens egen viden med universiteternes Der er en række vigtige hovedtrends industrien skal holde øje med, når det gælder indlejrede systemer. Det går rivende stærkt, og med den betydning indlejrede systemer har, er det afgørende at være opdateret på, hvilke trends der er, og kortlægge dem. Tre trends En af de vigtige trends jeg ser, er behovet for til stadighed at udvikle mere og mere kompakte integrerede løsninger med det formål at reducere den fysiske størrelse markant men levere den samme performance eller bedre. Det leder til den næste trend behovet for stadigt stigende performance. Performance spænder over en række områder det være sig basal regnekraft, reduceret energiforbrug, robust, dvs. pålidelig og forudsigelig, realtidseksekvering med høje krav til responstider, stabil og sikker trådløs kommunikation. Sidst og meget væsentligt er behovet for at kunne opfylde de hastigt voksende krav til Safety Critical funktionalitet. Den tredje hovedtrend peger mod næste generations intelligente produkter og systemer der langt bedre kan integrere og optimere sig selv i forhold til andre systemer/brugsscenarier set i forhold til de adaptive systemer vi kender i dag. Modarbejder hinanden Flere af disse trends modarbejder hinanden, når vi ser på kendte tekniske løsninger. Derfor er det afgørende, at vi kombinerer den viden vi har i industrien med den forskning, der foregår på universiteterne. Der kører rigtig mange relevante projekter og programmer, og jeg ser et stort potentiale i, at vi ved fælles hjælp modner de nye teknologier og gør dem anvendelsesorienterede langt hurtigere, end det er tilfældet i dag. Elektronik i dag bliver mere og mere komplekst, og der har været en dramatisk udvikling inden for dette felt fra midten af 60 erne, hvor Moore s lov blev formuleret. Det er også årsagen til, at mobiltelefoner, digitalkameraer, PC INDHOLD 1 Kort til den indlejrede fremtid 2 Teknologi- og markedstrends 3 Fremtiden er indlejret biologi 5 Programmering af multi-core systemer er it verdens største udfordring 7 Modelling for trade-off analysis in embedded system design 8 Teknologidilemmaer de næste 10 år 9 A fundamental difference 10 Vinder af embedded award 2013 skal findes 11 Danfoss Power Electronics vej fra spæde teknologier til eksekvering i praksis Af Lars Bo Kjøng-Rasmussen o.s.v. i dag er hver mands eje. Men når vi kigger på den lange bane, hvad kommer der så efter Moore? Hvad er nøglen til at gøre konstruktionerne endnu mere kompakte? På komponentsiden løser vi i dag performance problemer med integrerede multiprocessorløsninger (dual, quad), men hvordan øger vi den markant ved brug af 50, 100 eller flere processorkerner og hvilke konsekvenser har det for den måde vi tænker og udvikler HW og SW på? For at høste gevinsten er det ekstremt vigtigt, at den enkelte virksomhed har fokus på at få identificeret og omsat relevante teknologiske trends til konkurrencedygtige produkter. En af de veje vi kan gå er at benytte os af technology roadmaps til at kortlægge fremtidens trends. Det og de lange trends, havde vi som tema for det andet ITOS seminar. Vi følger op, og giver dig nogle af de svar, der kom frem. God læselyst! R&D Director, Control Electronics, Danfoss Power Electronics A/S
Overblik: Teknologi- og markedstrends En stor gruppe udviklingsfolk og forskere samledes november 2012 for at diskutere og lytte til forskellige bud på fremtidens teknologiske trends i embedded systemer For at opfange langsigtede teknologi trends havde ITOS projektet samlet virksomheder, eksperter og forskere til en dag om udviklingen indenfor indlejrede systemer. ITOS projektet støttes af Industriens Fond. Der blev berørt trends indenfor bla. programmerbar biologi, multicore programmering og programmerbar hardware samt brugen af roadmaps til håndtering af teknologiske trends. Én af styrkerne ved roadmaps er at bruge dem i den interne kommunikation om teknologier og prioritering. Technology roadmaps indfanger trends Jesper Nielsen fra Danfoss Power Electronics A/S hjalp med at skabe bro fra langsigtede teknologiske trends til teknologi roadmaps ved at fortælle om teknologiledelse. Han gjorde det klart at teknologiledelse er bredere end embedded systems, da de for eksempel også skal spille sammen med mekaniske systemer. Desuden præsenterede han en teknologi-radar til at indfange lovende teknologier. Når teknologierne er indfanget bruges TRL (Technology Readiness Level) til at vurdere om en teknologi er moden nok til at indgå i teknologi roadmaps sådan at de kan bruges ved udvikling af nye løsninger se Jesper Nielsens artikel side 11. Hveranden bruger roadmaps Efter oplæggene samledes en mindre gruppe af deltagerne for at drøfte teknologi roadmaps. Hovedpointen er at roadmaps er et godt udgangspunkt for kommunikation. Det er også et godt grundlag for at prioritere mellem udviklingsprojekter. Endelig gælder det om at holde det simpelt så man bruger det som afsæt for at Af Christian Graversen chefkonsulent, DI ITEK inddrage kolleger og samarbejdspartnere i at skabe innovative embedded systemer. Den største styrke ved roadmaps er, at de danner grundlag for en struktureret dialog internt i udviklingsafdelingen og med andre interne samarbejdspartnere som salg og produktion. Ud af de 21 deltagere brugte knap halvdelen teknologi roadmaps. Der var generel enighed om, at teknologi roadmaps typisk dækker en tidshorisont på 2-5 år og opdateres mindst en gang om året. Knap halvdelen overvåger nye teknologier gennem tæt samarbejde med strategiske kunder. Næsten lige så mange gjorde det gennem samarbejde med strategiske leverandører og universiteter. Hovedtrends fra seminaret Technology trends: 3D Printing; Bio chips; Synthetic biology; BioFabs. Technology trends: Declarative programming; Dynamic programming; Concurrent programming Technology trends: Smart vision; smart networks; ubiquitous computing; embedded security Market trends: Healthier, safer population; greener planet; connected world. Jan Madsen, DTU gav et outof-the-box oplæg ved at tale om programmerbar biologi. Efter indlægget virkede det troværdigt, at vi inden for de næste ti år skal supplere vores forståelse af aktuatorer og sensorer baseret på fysikkens love med mestring af biologi og kemi. Se også Jan Madsens artikel: Fremtiden er indlejret biologi side 3. Bent Thomsen, AAU udfordrede deltagerne ved at gøre det klart, at der er en udfordring med de eksisterende programmeringssprog i forhold til multicore embedded systemer. Problemet er, at det tager meget lang tid for nye sprog at blive bredt accepteret og brugt. Derfor står vi i de næste mange år i en situation, hvor programmering af multicore systemer kræver forståelse af den underliggende hardware. Ole Høyrup fra CedarTech fortalte om Xilinxs teknologi trends for FPGA er. Trends for programmerbar hardware er at gøre det lettere at udnytte internettets stigende båndbredde ved at tilbyde kunderne mere integrerede løsninger. Der arbejdes på at skabe løsninger, der tilbyder programmerbar systemintegration. Jean-Christophe Bodet fra Freescale Semiconductor kom med et kompliment til alle elektronikfolk ved at referere, at 80% af innovation i bil industrien er baseret på elektronik. Yderligere ville det være umuligt at overholde miljø og sikkerhedskrav uden elektroniske systemer. Jean-Christophe understregede at multicore arkitektur er en game changer for embedded systems. Se også Bent Thomsens artikel om multicore systemer side 5. Se også Jean-Christophe Bodets artikel: A fundamental difference side 9. 2
professor, DTU Informatik ITOS Fremtiden er indlejret biologi Af Jan Madsen Når vi hører ordet indlejret, tænker vi på avanceret elektronik og software, men i fremtiden er det biochips og programmering af vores celler Vores samfund undergår i disse år store forandringer, vores verden bliver i stadig større grad støttet af intelligente indlejrede systemer. Det er en verden hvor alle systemer, maskiner og objekter bliver smarte, er til stede i cyberspace, udnytter de digitale informationer og services omkring dem. De kommunikerer med hinanden, med omverdenen og med mennesker, og håndterer egenhændigt deres ressourcer uden andres indblanding. Internettet sætter tingene i stand til at kommunikere med hinanden gennem the Internet-of-Things vores samfund, herunder vores sikkerhed og tryghed, vil i stigende grad afhænge af indlejrede teknologier. Indlejrede systemer er blevet nervesystemet i vores samfund. Gør verden smart Indlejrede systemer er elektroniske produkter, udstyr, eller mere komplekse systemer, der indeholder dedikerede computer systemer designet til at udføre specifikke kontrolfunktioner i det system, hvori de er indlejret. Indlejrede systemer anvendes i stigende grad til at gøre produkter mere smarte og at gøre dem i stand til at kommunikere med andre smarte produkter. De anvendes i en lang række af domæner der er centrale for vores moderne samfund, de forener de virtuelle objekter i cyberspace med virkelige objekter i den fysiske verden. To trends To teknologi trends med afsæt i Moore s lov vil påvirke udviklingen af fremtidens indlejrede systemer, 1. More-Moore, den fortsatte miniaturisering af de fysiske geometrier og de materialer, der anvendes, tillader stadig mere komplekse computer systemer realiseret på en enkelt chip. Denne trend har ført til multicore computere, hvor hundredevis af små computere integreres på en enkelt chip og hvor performance forbedres gennem massiv parallelisering. 2. More-than-Moore, den øgede integrering af forskellige teknologier på en enkelt chip tillader, at ikke kun digitale systemer, men også analoge, mekaniske og biologiske systemer integreres. Det er i dag muligt at integrere mikromekaniske sensorer/aktuatorer, trådløse radio moduler og energihøstere, sammen med computeren på en enkelt chip. Den sidste trend, More-than-Moore, påvirker udvikling af indlejrede systemer og den måde hvorpå de programmeres. Lab robot (Andrew Alliance, Switzerland) Programmering af robotter Indlejrede systemer har spillet en væsentlig rolle i automatiseringen af industriel produktion. De manuelle arbejdsgange er blevet automatiserede, og har givet hurtigere og bedre produktion. Specielt bruges indlejrede computer systemer til at kontrollere industrirobotters funktioner. En højniveau beskrivelse af robottens ønskede adfærd og reaktioner på input fra omgivelserne, oversættes af en compiler til sekvenser af detaljerede robot funktioner. Denne robot-baserede automatisering bruges i mange andre sektorer, f.eks., i moderne biokemiske laboratorier, hvor laboratorierobotter på størrelse med et bord, kan håndtere de processer der traditionelt udføres af laboranter, så som blanding, fortynding, opvarmning og analyse af reagenser. Det indlejrede computer system styrer sekvensen af robot funktioner, der leder til de ønskede biokemiske processer. Men det behøver ikke at ende her hvorfor ikke udnytte more-than-moore til at integrere de biokemiske processer sammen Biochip (Stephen Quake, Standford) 3
med den indlejrede computer på en enkelt chip en såkaldt biochip? Programmering af biochips Det er muligt at integrere ventiler, pumper og kanaler der kan transportere meget små (nano liter) mængder væsker rundt på en biochip, der ikke fylder mere end nogle få cm 2. Med disse komponenter kan man lave mere komplekse systemer, der kan understøtte de biokemiske processer, og frembringe et komplet biokemisk laboratorium på en enkelt chip, også kaldet Lab-on-a-chip. Biochip har mange fordele i forhold til eksisterende biokemiske analysemetoder. F.eks. bruger de meget mindre volumener, har hurtigere reaktioner, mere præcis detektering, og tillader parallel afvikling af flere (forskellige) biokemiske processer. Endelig betyder den lille formfaktor at det er muligt at lave selv meget avancerede point-of-care devices små bærebare biokemiske laboratorier. I 2002 blev der fremstillet en biochip med 2.065 ventiler. Det svarer i kompleksitet til den første integrerede computer, Intel s 00 fra 1971, der havde 2.300 transistorer. Forskere fra Stanford University har vist at det i dag er muligt at fremstille 1.000.000 ventiler på 1 cm 2! Det gør det muligt at lave meget komplekse biokemiske systemer og kræver avancerede computer systemer til både at designe selve biochippen og til at kontrollere de mange ventiler. Der arbejdes i forskningsmiljøer på at udvikle biocompilere, der kan oversætte en højniveau beskrivelse af de biokemiske processer til detaljeret kontrol af ventiler og andre komponenter. Biochips har en lang række af anvendelses muligheder, bl.a. inden for klinisk diagnosticering, udvikling af ny medicin, DNA screening, miljø overvågning, og manipulation af levende celler. der integrerer et mere traditionelt indlejret computer system med en biochip. På vejen ned gennem fordøjelsessystemet kan pillen tage billeder og foretage biokemiske analyser af kropvæsker. Resultaterne analyseres i computeren og sendes trådløst til et device uden for kroppen og videre derfra til en læge. Hvis biochippen kan bruges til at manipulere og klone levende celler, hvorfor så ikke bruge biochippen som et redskab til at programmere de enkelte celler? Dvs. lade den enkelte celle eller bakterie være platformen for det indlejrede system? Programmering af liv Det er i dag muligt at indsætte stumper af kunstige DNA sekvenser i en levende celle, og få cellen til at producere et nyttigt produkt, der kan hjælpe os med nogle af vores helt store samfundsudfordringer. Malaria dræber mere end 1.000.000 mennesker hvert år. Alene i Afrika dør omkring 2.000 børn hver dag af malaria! Malaria kan forebygges og helbredes, men det er meget dyrt. Behandlingen er baseret på stoffet arteminisinin der uddrages af bladene fra den kinesiske Wormwood plante. Det er en kostbar og tidskrævende proces, der gør medicinen dyr. I 2006 lykkedes det forskere fra UC Berkeley at modificere gærceller til at producere artemisinin. Det første anti-malaria produkt forventes lanceret allerede i år det vil gøre medicinen langt billigere og mere tilgængelig. Det er et eksempel på et nyt og hastigt voksende forskningsområde kaldet syntese biologi (eng., synthetic biology). Syntese biologi forsøger at skabe nye biologiske systemer med det formål at finde ud af, hvordan livet fungerer eller hvordan det kan bruges til gavn for samfundet visionerne er store og mange. En af dem er at bruge bakterier som en platform til at kurere kræft. Ideen er at programmere bakterien til at kunne detektere om den celle, den trænger ind i, er en kræftcelle, og så slå den ihjel! Det lyder enkelt, men selvom forsøg viser, det er muligt, er der langt til den dag, hvor det kan bruges i egentlig kræftbehandling. Biocompiler Forskere arbejder på at udvikle en biocompiler, der kan oversætte en højniveau beskrivelse af cellens/ bakteriens ønskede adfærd til en DNA sekvens, der kan syntetiseres til egentlig DNA. Højniveau beskrivelsen oversættes til et genetisk reguleringskredsløb, hvor den endelige DNA sekvens bliver sammenstykket af små bidder DNA fra en database, der indeholder afprøvede og fuldt funktionelt karakteriserede stykker DNA. Det er i dag muligt at lave relativt simple logiske kredsløb, så som AND og OR gates, toggle switche og simple hukommelseskredsløb og det er muligt også at programmere kommunikation mellem celler. Lykkes det forskerne i dette tværdisciplinære fagområde at få styr på alle udfordringerne, er der næsten ingen grænser for de muligheder teknologien åbner for og det kan meget vel tænkes at løse mange af vores problemer med produktion af medicin, fødevarer og energi, for bare at nævne et par af de væsentligste. Og det vil give en helt ny dimension til indlejrede systemer hvor fremtiden er indlejret. Den smarte pille er et godt eksempel på et medicinsk indlejret system,
Programmering af multi-core systemer er it verdens største udfordring Multicore og parallelisering har afløst strategien med at fordoble transistorer hver 18 måned Af Bent Thomsen lektor Aalborg Universitet I gamle dage, dvs. indtil 2005, havde de fleste computere kun én CPU, som afviklede programmer sekventielt. Udviklingen i hardware har i mange år formået at fordoble antallet af transistorer pr. arealenhed hver 18. måned (Moores Lov). I en årrække benyttede man denne udvikling til at gøre computere dobbelt så hurtige hver 18. måned. I 2005 opgav man denne strategi. I stedet benyttede man fordoblingen i antallet af transistorer til at placere to CPU er, eller cores, på samme chip. I dag har servere, PC er, laptops og mange smartphones to, fire eller flere cores, i supercomputing har de fleste maskiner tusindvis af cores, og man bygger maskiner med millioner af cores. Afvikler flere programmer Ved overgangen til multi-core systemer kan hardware nu afvikle flere programmer samtidigt f.eks. på en moderne smartphone kan man afvikle både email klient og navigations apps. Med udviklingen i antallet af cores er man allerede i supercomputing og på server-siden nået til, at det enkelte program skal kunne afvikles på flere cores. Dette er nødvendigt, fordi man ikke har nok forskellige programmer at afvikle. Derudover, for at kunne øge hastigheden i afviklingen af de enkelte programmer er det nødvendig at splitte dem op i elementer der kan afvikles på flere cores samtidigt, dvs. applikationen skal paralleliseres. Desværre har det vist sig at være svært at finde gode løsninger på dette problem, og programmering af multi-core systemer er af Bill Gates, blevet udråbt som den største udfordring IT verdenen står over for. Java og C# fjernet problemer Siden starten af halvfemserne har udviklingen af software set store produktivitetsforøgelser ved brugen af objektorienteret programmering, som muliggør udviklingen af genbrugelige komponenter. Introduktionen af automatisk hukommelseshåndtering, også kaldet garbage-collection, i sprog som Java og C#, har desuden fjernet mange fejl, da eksplicit lagerhåndtering er vanskelig. I Javas barndom i midten 5
af halvfemserne kostede garbage-collection både plads og køretid. Da computere blev hurtigere og fik mere hukommelse, var dette overhead acceptabelt. Med en stor forsknings- og udviklingsindsats er disse omkostninger bragt ned på et niveau, hvor det oftest ikke kan lade sig gøre manuelt at håndtere lager bedre end den automatiske lagerhåndtering. Da eksplicit håndtering af parallelisme i programmer er svært vil det være ønskværdigt at finde automatiske løsninger analogt til garbage-collection. Implicit eller eksplicit parallelisme En udbredt tilgang til multi-core programmering er at højne abstraktionsniveauet i de objektorienterede programmeringsprog ved at indføre elementer af deklarativ programmering, som tillader compilere at udnyt- te den implicitte parallelisme der udtrykkes på denne måde. Vha. disse konstruktioner udvikles programbiblioteker, som udnytter parallelisme, så programmører ikke selv skal håndtere parallelisme. På længere sigt må man forudse nødvendigheden af en eksplicit parallel programmeringsmodel, da der er grænser for, hvor megen implicit parallelisme man kan finde og udnytte vha. biblioteker, deklarative konstruktioner og programanalyse. Java profil til safety critical systemer Programmeringen af indlejrede systemer har hidtil i vid udstrækning benyttet ældre programmeringsteknologier som assembler og C sproget, som giver programmøren tæt kontrol over hardwaren, men samtidig gør udviklingen af software langsom, da programmøren selv skal tage håndtere alle detaljer. Brugen af højniveausprog som Java og C# har ikke været udbredt, da disse ofte har krævet flere ressourcer og har manglet sproglige konstruktioner til programmering af hård realtid. Java har siden 1998 haft en realtids profil, den såkaldte RTSJ, men denne er for krævende til små indlejrede software systemer. For nylig blev arbejdet på en Java profil til safety critical systemer (SCJ) sat i værk (JSR 302). Selvom, eller måske fordi, abstraktionsniveauet i SCJ programmer er relativt højt, kan SCJ programmer analyseres, og det er således muligt automatisk at analysere for Worst Case Execution Time og Schedulering på en given hardware platform. Programmeringsmodellen i SCJ følger de traditioner, som allerede er udbredte i udviklingen af indlejrede systemer ved at dele systemet op i et antal tasks, som kan være periodiske eller sporadiske. Denne eksplicitte parallelle programmeringsmodel kan på sigt blive en fordel ved overgangen til multi-core systemer, idet applikationer allerede er paralleliserede. Efterhånden som mainstream også når frem til en eksplicit parallel programmeringsmodel, vil de landevindinger, som er gjort med implicit parallelisme, kunne overføres til programmering af indlejrede systemer, og dermed vil man kunne drage fordel af begge verdener på samme tid. 6
Modelling for trade-off analysis in embedded system design By José Antonio Esparza Isasa MSc. I.T. Engineering, Phd student, Århus University, jaei@iha.dk Modelling is a strong tool when designing complex systems. In this article, the ITOS embedded award winner 2012 José A. Esparza, introduces modelling using VDM-RT, and sends an open invitation for industrial cases to test the methodology to a greater extent Todays embedded systems present challenging and conflicting requirements, such as low energy consumption as well as high service availability or high performance and low cost at the same time. Both conflicting and non-conflicting requirements often have an impact on the system architecture, so it sometimes can lead the system engineer to consider alternative software, hardware or combined hardware/software implementations (partitions). Deciding between those is not an easy task and in order to be confident on the chosen architecture one needs to take design decisions on solid basis, such as a thorough tradeoff analysis. Here we propose a modelling based approach to tackle this kind of complex systems, which provide the system engineer with the necessary mechanisms to perform a wider design space exploration if compared to a prototyping based methodology. Modelling as a way to design systems Modelling is a long-standing approach in many engineering disciplines that can be extended to the design of embedded systems. In this field, modelling can be conducted with a number of different languages and under different methodologies. Based on extensive previous work in the area we adopted the formal software modelling language VDM-RT to represent distributed real-time systems. We have designed a number of guidelines that explain how to use this language as a way to conduct trade-off analysis between different hardware/software architectures, at an abstract level and 7 without involving the actual prototyping of the solutions. These guidelines enable the use of a language that was initially targeting modelling of software in a more flexible manner, covering hardware and software components and at the system level. This work extends the applicability of the VDM-RT language to a new area and enables more complex architectural trade-off analysis. More information on this can be found at http://www. cs.ncl.ac.uk/publications/trs/papers/135.pdf 1. Heterogeneous models for heterogeneous systems The design of embedded systems, in contrast with other computer based systems, require tight collaboration between engineers of different disciplines. Different disciplines use different abstractions in order to represent systems, making it harder to create a model of the embedded system based on a single modelling language. From the architectural design point of view, the opinion of all these disciplines and their insight is important, since many different and non-software related factors may impact the hardware/software partitioning. In order to foster the interaction within multidisciplinary teams for developing these kinds of systems we propose the application of heterogeneous modelling, applying a combination of specialized modelling languages and following ad-hoc methodologies. On-going research At the Aarhus University Department of Engineering, we believe that model-based system design is the way forward to create quality embed-
ded systems. We are supporting this methodology with different tools 2, being the most relevant: Overture tool: to create and execute VDM-RT models. It allows modelling and simulation of distributed real-time software. DESTECS tool: to execute control logic in parallel with physical simulation, facilitating the design of computer controlled mechanical systems. It integrates 20-sim (a physical simulator) and VDM-RT. COMPASS tool: to represent interaction between systems and logical interfaces. It integrates SysML and the formal modelling language CML. In the figure we can see how these modelling technologies can be combined to design the system architecture. Both COMPASS and DESTECS can be used to capture and analyse aspects in the System of Systems and physical domain respectively, aspects difficult to capture purely in VDM- RT. The information gained through these models can be combined with the VDM-RT System Behaviour model and thereby determine an optimal architecture. At the current time we are searching for industrial cases to test this methodology further, paying special attention to the energy/low power consumption aspect in embedded systems design. We are looking forward to hear from you! 1. Esparza et al. 2012 Supporting the Partitioning Process in Hardware/Software Co-design with VDM-RT http://www.cs.ncl.ac.uk/publications/ trs/papers/135.pdf page 5 2. Coleman et al. 2012 Evolution of the Overture Tool Platform http://www.cs.ncl.ac.uk/publications/trs/papers/135.pdf page 13 Teknologidilemmaer de næste 10 år Tech trends, strategien og produktdifferentiering er nogle af de fem centrale spørgsmål, der skal op på bordet i produktudvikling, hvor der indgår elektronik og software. Af Rune Domsten, director, 3D Visionlab, formand for ITOS Alle udviklere af avanceret industriel teknologi oplever igen og igen at stå ved en korsvej med udfordringer, hvor der skal træffes afgørende valg for ens projekt. I de næste 10 år, er der en række temaer, de fleste virksomheder kommer til at overveje, når de har med udvikling af elektronik og software at gøre. Fx hvordan det produkt vi udvikler på, bliver påvirket af andre teknologier som big data eller at nye teknologier kommer på markedet løbende. Dilemmaerne samler sig om mindst fem temaer. En række af de spørgsmål, som industrien bør overveje er nævnt under temaerne. Nye vigtige tech trends der bliver bagtæppet for de fleste af os 5G telecom og parat til 500 mia devices i 2020 produktet er online eller yt? Hvor lang skal man gå Cloud bliver allerede nu anvendt bredt skal alle proukter være cloud ready? Big data betyder mange helt nye muligheder så hvordan gør vi os klar til nye inteligente viden? Strategi er ikke længere kun at producere det billigste produkt. Skal elektronikken leve et stykke tid skal den være parat til nye funktioner: Kost optimere elektronikken eller skal vi indbygge overkapacitet, som gør den klar til nye features og innovationer? Service og abonnement af produkter vi ejer eller engangssalg af produktet? Samarbejde med universiteter for at føde nye teknologier og kandidater ind i virksomheden eller afvente det, der kommmer? Markeds- og salgskanaler er under stor forandring med internetsalgsportaler der viser vej i consumer verdenen fx expedia.com, trustpilot.com og amazon.com Skal vi sælge via andres salgsportaler, have vore s egen eller begge dele Kunde/variantskabelse fra hylden eller mange varianter? CO-branding da næsten alt kan integreres til en ny løsning i fremtiden Produktdifferentiering bliver endnu vigtigere og nemmere da mere og mere funktion ligger i software og aftersale af nye features: Remote trådløs umærkelig opdatering eller fysisk opdatering? Brugerdrevet eller techdrevet innovationer leading edge eller fast follower? Tillade andres apps eller et lukket system? Udviklingsprocessen begynder i dag med en frossen kravspecifikation, men hvorfor stoppe innovationen når man lige er gået i gang. Er det ikke den sikre vej til et forældet produkt? Skal man: Fryse processen eller kontinuert udvikling af features i produktets levetid? Integreret parallel ide, koncept og prototype udvikling eller sekventielt? Skal brugerne tage del i udviklingen, skal vi have åben innovation eller kun bruge interne team? 8
A fundamental difference Silicon is just one part of the whole solution Jean-Christophe Bodet Director, EMEA FAE & Ecosystem, Freescale Ltd. A semiconductor manufacturer can t just offer a product with a basic functionality evaluation board, a straightforward compiler and maybe a few drivers anymore. Enabling today means pushing far beyond silicon and tools to enable system designers to bring their embedded applications to life very quickly. At Freescale, we understand the importance of having tools and an ecosystem of partners to provide the best solutions to our customers and equip design engineers with comprehensive solutions including silicon, software and tools, ecosystem solutions and reference boards that are the best fit for their needs reducing design complexity and accelerating time to market. We enable a comprehensive variety of applications with a diverse array of software offerings, from drivers and simple demonstration software to highly integrated vertical solutions. How does a semiconductor company effectively blend its own offerings with that of its third party partners? Freescale s approach is a fresh take to being more comprehensive and more detailed (www.freescale.com/ partners). It starts with ourecomaps, which identify the breadth of the ecosystem surrounding Freescale silicon, allowing for a common language in describing how partners interact with the customer s development process and end application. EcoMAPS categorizes ecosystems into five main sections: development tools, run-time software, hardware and software engineering services, training and communities. EcoMAPS recognizes that many customers need flexibility, whether in hardware or software, to outsource fundamental aspects of their project. It helps to understand whether software is for development or run-time support. It is just as important to understand how a customer may leverage engineering services providers to speed their time to market, whether embedded board solutions or system on module (SOM) providers, to quickly achieve a certain form factor, and an original design manufacturer (ODM) to develop a custom design, or a software and solution integrator to bring the total solution together. In some cases, providers will go beyond their standard offering. For example, ODMs do not normally engage in the final application layers customers often like to keep tighter control on the space to create their value-add. But on occasion, customers request ODMs to work a design further towards a finalized product. Training and communities can be vital (freescale.com/communities). Training has been instrumental to IC companies for several years. One of the more interesting trends has become the growing number of engineers who, once trained, actually become more likely to buy software engineering services. One important thing is said here, and that s a trend we clearly see in the market. Despite the historic habits of semiconductor companies to give away software, it has become apparent that education as well as augmented exposure to professional software development increases the willingness to buy. A clear differentiation needs to be made between enablement software and production software. Where a customer is taking the home-grown approach, the fastpaced, answers-on-the-spot environment is often best served by community forums. These sites help like-minded engineers to solve any number of problems at whatever hour or from whatever location they choose to work. Freescale s approach is to support all of these across our different product lines. Our Connect partner program is designed to align to the EcoMAPS and foster partners in every respect. Moreover, Freescale Connect includes a global network and local connections. Choose the powerhouse player you need to help you when moving your supply chain between regions and get the support you need in your city. Næste ITOS publikation Fortæl hvordan teknologi løser samfundets udfordringer Dansk teknologi løser samfundets store udfordringer. Næste ITOS publikation fokuserer på, hvordan avancerede elektronik og software produkter fører til bedre sundhed, 9 velfærd og grøn omstilling. Vær med til at beskrive teknologiens og industriens centrale rolle, når vi skal fjerne klima- og energi problemer og hvordan mennesker med fx handicap får lettet hverdagen og større personlig frihed. Kom med din en case til projektleder Henrik Valentin Jensen, hjn@di.dk
Vinder af embedded award 2013 skal findes ITOS projektet uddeler en pris på 10.000 kr. for årets bedste eksamensprojekt Af Henrik Valentin Jensen DI ITEK, projektleder ITOS ITOS, Industriel teknologi og software, uddeler Embedded Award 2013 til en studerende, som har afleveret en fremragende kandidatopgave. ITOS projektet gennemføres med støtte fra Industriens Fond. Prisen tildeles for: En kandidatafhandling der viser originalitet, stor viden om embedded systemer og favner både hardware og software. Der lægges vægt på, at projektet er udført i samarbejde med en virksomhed. Afhandlingen skal være indleveret til en højere dansk læreranstalt i studieåret 2012-2013 Den studerende leverer 3 minutters introduktion til sin afhandling ved modtagelse af embedded award og får optaget en kort artikel i en ITOS publikation om embedded systemer i 2013. Kandidater til embedded award 2013 skal for at komme i betragtning indstilles af en vejleder for den studerende fra en virksomhed eller en højere læreranstalt. Indstillingen skal omfatte en kort begrundelse for indstillingen og kandidatafhandlingen. Embedded award blev i 2012 tildelt José Esparza fra Aarhus Universitet. I sit projekt om VDM-RT kombinerede José Esparza dygtigt teoretisk viden og praktisk industriel forståelse ved at udvikle og afprøve design metode i samarbejde med B&O. Opgaven er blevet belønnet med et klart 12-tal og José Esparza læser nu PhD på Aarhus Universitet. Se José Esparzas artikel på side 7. Embedded award omfatter Modtageren af embedded award får 10.000 kroner Et diplom med anerkendelse for sin afhandling 2013 Omtale i medier og nyhedsbreve Indstilling omfatter Indstillingen skal indeholde en kort begrundelse for indstillingen og kandidatafhandlingen. Indstilling senest 12. august, 2013 kl. 12.00 På mail til Henrik Valentin Jensen, DI ITEK email: hjn@di.dk 10
Danfoss Power Electronics vej fra spæde teknologier til eksekvering i praksis Systematisk proces sikrer, at interessante teknologier opfanges og udvikles tidligt Af Jesper Søbygaard Nielsen Head of Technology Management, Danfoss Power Electronics A/S I en global forretning som Danfoss Power Electronics (DPE) er nøgleord som fremsyn, koordinering og transparens altafgørende i forhold til en effektiv teknologiplanlægning og -udvikling. Technology Management (TM) angribes fra en systematisk vinkel hos DPE og kræver involvering af repræsentanter fra virksomhedens forskellige forretningssegmenter, R&D samt Supply Chain. Med disse organisatoriske enheders geografiske placering på adskillige lokationer fordelt rundt på kloden, er der behov for god koordinering for at sikre en effektiv identificering, udvælgelse og modning af de rigtige teknologier for fremtidens produkter. Produktudviklingsprocessen i Danfoss Den overordnede proces for udvikling af produkter på hele Danfoss er delt i 2 hovedelementer : Front End og Execution & Launch (se figur 1). Front End er betegnelsen for den proces, hvor nye produkt-idéer skabes og modnes. Processer og værktøjer indenfor Technology Management spiller en vigtig rolle i denne fase, idet det teknologiske funda ment for den efterfølgende produktudvikling skal være til stede. To gange om året foretages en såkaldt Heartbeat -proces, som har til formål at gennemføre en prioritering og udvælgelse af frembragte forslag til nye produkt- og teknologiidéer samt en efterfølgende planlægning af de valgte aktiviteter. Execution & Launch er betegnelsen for den proces, hvor udviklingen af et nyt produkt foregår. Det sker på basis af en beskrivelse af en produktidé i en nøje beskrevet faseopdelt proces med Milestones. Technology Management processer og værktøjer anvendt hos DPE Det teknologiske fundament for DPE s fremtidige produkter lægges ved systematisk brug af nogle få Figur 1 Front End ideation Heart Beat Execution & Launch 11
Figur 2 Technology Management processer og værktøjer (se overblik figur 2). Processerne for Technology Intelligence og Technology Roadmapping vil blive belyst i det følgende, men først vil begrebet Technology Readiness Level (TRL) blive beskrevet, idet det er et væsentligt styrings-redskab, som er gennemgående brugt på tværs af hele produktudviklingsprocessen. Technology Readiness Level (TRL) For at undgå at introducere teknologi-relaterede risici i produkt-udviklingsprojekter (i Execution -delen), kræves det, at teknologier, som påtænkes anvendt i et nyt produkt, har et vist modenhedsniveau. Det er et krav, at teknologierne skal have været undersøgt af DPE til et bestemt niveau i relevante applikations-sammenhænge i forhold til Danfoss Power Electronics produktområder. Det er således ikke nok, at andre industriers anvendelse af en teknologi er fremskreden, hvis applikationen i en DPE kontekst er helt anderledes (f.eks. i form af et væsentligt hårdere miljø). Modenhedsniveauet af en teknologi måles v.hj.a. TRL Technology Readiness Level. TRL bygger på en 9-trins-skala, der oprindelig blev opfundet af NASA i 1980 erne, men som efterfølgende er blevet adopteret og let tilpasset af industrien. TRL-værdien bestemmes ud fra nogle kriterier for hvor meget teknologien har været undersøgt og afprøvet. For at et nyt produkts design må baseres på en ny teknologi, kræves det, at TRL-værdien skal være over et bestemt niveau på TRL-skalaen. Hos DPE er kravet minimum TRL 5. Technology Roadmapping Det gode spørgsmål er nu : Hvordan finder man ud af, hvilke teknologier, de nye produkter skal baseres på? Svaret fås ved brug af en af kerneprocesserne indenfor TM, nemlig Technology Roadmapping. Den konceptuelle tilgang til Technology Roadmapping hos DPE baserer sig på analyse af teknologi-behov for fremtidige produkter. Ambitionen for roadmaps stopper dog ikke ved pro- 12 TRL Definition 1 Basic principles observed and reported. 2 Technology concept or application formulated. 3 Analytical and experimental critical function or characteristic proof of concept. Component or breadboard validation in a laboratory environment. 5 Component or breadboard validation in a simulated operational environment. 6 System/subsystem model demonstration in a simulated operational environment. 7 System prototype demonstration in an operational envirnoment. 8 Actual system completed and qualified through test and demonstration in an operational environment. 9 Actual system proven through successful operation in customer applications. Figur 3 Skala for Technology Readiness Leves
Roadmap, der indeholder teknologier (placeret på en tidsakse), som enten allerede er ved at blive modnet, eller som forventes og ønskes at blive modnet indenfor den tidsmæssige horisont for roadmappen. Figur Sammenhængende roadmaps med teknologi pull og push dukter og teknologi, men inkluderer også roadmaps over (produkt-)platforme og kompetencer. Målet er at få opstillet sammenhængende roadmaps, som viser hvilke nye teknologier (Tx) og kompetencer (Cx), som skal til for at kunne udvikle produkter (Px) og produktplatforme (PLx) til de markeder (Mx), man ønsker at operere i (se figur ). Det er således vigtigt at få identificeret afhængighederne i det pull af nye teknologier og kompetencer, der hidrører fra produkt-roadmappen. Helt nye teknologi-ideer, som fremkommer igennem f.eks. innovation internt i virksomheden, eller som dukker op i verden omkring os, er også genstand for overvejelse ifm. Technology roadmaps. Hvis der ikke er et produkt på produktroadmappen, som umiddelbart kræver en sådan ny teknologi, kan det imidlertid være svært at retfærdiggøre, at der skal bruges tid og penge på modning af den pågældende teknologi. Disse push teknologier kræver en særlig håndtering, hvis de skal opnå indplacering på teknologiroadmappen. (Se mere herom senere i artiklen.) Slutresultatet af Technology Roadmapping processen er en Technology At få lavet en god Technology Roadmap med sammenhæng til øvrige roadmaps er dog nemmere sagt end gjort. Nogle af de aspekter ved Technology Roadmapping, som udgør særlige udfordringer, er : Visualisering af Technology roadmaps Prioritering, udvælgelse og koordinering af teknologier Sikring af indhold på Technology Roadmappens lange horisont Visualisering af Technology Roadmaps På trods af de mange forskellige organisatoriske enheder i DPE tilstræbes det at vise de respektive Technology Roadmaps i samme format (se eksempel i figur 5), hvilket gør genkendeligheden og læsbarheden større på tværs i organisationen. Tilmed gøres de synlige for en stor del af organisationen (primært leder-niveau), og de indeholdes i én og samme fil, hvilket gør, at der er en stor grad af transparens på tværs. Dette skaber en bevidsthed om, hvad der efterspørges i 13
Roadmap 2011-2 : PE Business segment - DRAFT! Figur 5 de forskellige dele af organisationen, og det skaber mulighed for at identificere teknologier, som med fordel kan udvikles i samarbejde henover forretningssegmenter, R&D og Supply Chain. De enkelte teknologier på roadmappen understøttes (via hyperlink) af en 1-sides beskrivelse af, hvad teknologien vil give af fordele samt hvad det vil kræve af aktiviteter at få teknologien modnet til det ønskede niveau. Det ønskede niveau udtrykkes i form af en ønsket TRL-værdi (Technology Readiness Level). Prioritering, udvælgelse og koordinering af teknologier I forbindelse med den føromtalte Heartbeat proces foretages der to gange om året en overordnet prioriterings- og ressourceplanlægnings-proces på tværs af hele DPE, som dækker alle produkt- og teknologi-udviklingsprojekter, der ønskes gennemført af de forskellige organisatoriske enheder i den kommende periode. Som en del af forberedelsen til prioriteringsproceseen, indsamles og screenes nye forslag til bl.a. teknologiprojekter i de enkelte organisatoriske enheder, og der laves en prioritering af forslagene ud fra valgte parametre (f.eks. potential, urgency, feasibility, ). Indenfor de finansielle rammer, som de respektive organisatoriske enheder har til rådighed til teknologi-udvikling, udvælges de højst prioriterede til teknologiprojekt-eksekvering. Teknologier med potentiale for synergi på tværs af forretningssegmenter koordineres på tværs af disse. Resultatet af denne proces er en opdateret projektplan, som er afstemt på tværs af de forskellige afdelinger, som hhv. efterspørger og bidrager med ressorcer til teknologiens modning. 1
Figur 6a Roadmaps med (typisk) kort horisont Figur 6b Platform og Technology Roadmap får længere horison takket være virtuel forlængelse af Product Roadmappen i form af Concept carriers Sikring af indhold på Technology Roadmappens lange horisont I virksomheder ses det ofte, at der er meget kraftigt fokus på at få bragt nye produkter på markedet, som kan generere indtjening indenfor kort tid. Produkt og Technology Roadmaps er derfor ofte mest fyldt på roadmappenes korte horisont, mens den lange horisont er mere tynd. Udfordringen i dette er, at det kun levner meget kort tid til modning af de nødvendige teknologier (og produktplatforme) se figur 6a. Det giver også ringe betingelser for modning af helt nye innovative teknologier, som måske ser interessante ud, men som ikke finder nogen umiddelbar anvendelse i noget nært forestående produktudviklingsprojekt. Et middel til at imødegå disse udfordringer er at lave en virtuel forlængelse af produktroadmappen med såkaldte Concept carriers. Concept carriers er virtuelle produkter, som defineres i tråd med virksomhedens strategi og betragtes som ledestjerner ud fra et teknologimæssigt perspektiv. Concept carriers vil normalt have en høj grad af radikalitet og er defineret i en process med mange input; f.eks. Technology Intelligence (inkl. Technology radars), Market Intelligence, Competitive landscape og Product drivers. Idéen er, at disse Concept carriers skaber et behov/ pull af tek- Technology intelligence og Technology radars Et vigtigt input til Concept carriers og til Technology Roadmappen i øvrigt er nye emerging technologies. Det er vigtigt, at virksomheder aktivt indsamler, evaluerer og (internt) formidler viden/information om nye teknologier, som dukker frem, så man ikke overser de muligheder eller trusler som nye teknologier kan repræsentere. Nye teknologier kan dukke op i virksomheden selv, men en meget stor del af de fremadstormende teknologier (og kompetencer) udover den korte horisont, som den normale Produktroadmap ellers repræsenterer. Dermed kan man benytte stort set den samme proces for Technology Roadmappens korte og lange horisont, idet begge dele fremkommer på basis af en analyse af det behov/ - pull for teknologier fra produkt-laget på roadmappen, dvs. fra både konkrete produkter (fra den normale Product roadmap) og virtuelle produkter (i form af Concept carriers). Se figur 6b. Technology Radar Power semiconductors Figur 7 Eksempel på Technology radar format 15
nologier finder man udenfor virksomheden. Derfor er det vigtigt, at man sikrer et eksternt view ifm. indsamling og evaluering af potentielt relevante teknologier, og her kan især underleverandører men også eksperter fra universiteter og andre institutioner have meget værdifuld information at byde ind med. Et værktøj til at strukturere den væsentligste teknologi-information på ( Technology Intelligence ) er at benytte Technology radars. Technology radars afbilder nye teknologier, som er blevet observeret af virksomheden, i et rundt, radar-lignende diagram, hvor cirkelringene angiver den estimerede tid, til teknologien vil få signifikant betydning for markedet. Hver teknologi markeres med en markør, hvis størrelse/ form/farve indikerer den estimerede impact, som teknologien vurderes at få på markedet. De enkelte teknologier på radaren understøttes (via hyperlink) af en 1-sides beskrivelse af teknologien. Hvor Technology Roadmaps viser hvilke teknologier, virksomheden har aktuelle planer eller forventninger/ ønsker om at dyrke/udnytte, er Technology radars mere at betragte som et landskabsbillede af teknologier, som er på vej udefra, og som kan repræsentere både trusler og muligheder for virksomheden. Radaren giver først for alvor mening at have, når man har gjort sig klart, hvordan man vil forholde sig til de kommende teknologier; om man f.eks. vil starte et teknologi-modningsprojekt, eller om man vil nøjes med at monitorere teknologien eller noget helt tredje. Da indholdet af Technology radar en kan være meget dynamisk, er det vigtigt, at denne revideres jævnligt. Opsummering Arbejdet med de ovenfor beskrevne processer indenfor Technology Management klares ikke af en lille gruppe af mennesker, som sidder isoleret og laver roadmaps og radars, men kræver derimod en stor del koordination og aktiv udveksling af viden om produkter, teknologier m.v. Den tværgående koordination imellem og det åbne samarbejde på tværs af de organisatoriske og geografiske enheder i DPE har vist sig at være meget afgørende for hvor succesfuld og effektiv teknologiudviklingen bliver. Inspiration og referencer indenfor Technology Management De Technology Management processer og værktøjer, som Danfoss Power Electronics i dag benytter sig af, er formet gennem mange års brug og opsamlet erfaring kombineret med inspiration udefra. En af de primære inspirationskilder har været Institute for Manufacturing (IfM) ved University of Cambridge i England, men også NASA s TRL-model samt best practices fra diverse konsulenthuse har bidraget til de i dag anvendte processer. Et par anbefalelsesværdige publikationer fra IfM : T-Plan: the fast start to Technology Roadmapping. Planning your route to success (ISBN 978-1-90256-09-) Technology intelligence: Identifying threats and opportunities from new technologies (ISBN 978-190256513) 16