«Беговая дорожка» встраиваемых компьютерных технологий

Мария Борзакова
«Автоматизация в промышленности» №3 2007

В октябре 2006 г. Москву посетили лидеры Консорциума PC/104. Они приняли участие в семинаре, посвященном технологиям разработки и применения встраиваемых компьютерных систем, ежегодно организуемом компанией МикроМакс. Предлагаем вниманию читателей интервью с Джонатаном Миллером (Jonathan Miller) - президентом Консорциума PC/104, основателем и президентом Diamond Systems Corporation, и Полом Розенфелдом (Paul Rosenfeld) - вице-президентом по маркетингу компании Diamond Systems.

Вопрос. Какие изменения в нормативной базе произошли в области встраиваемых компьютеров в 2006 г.?

Во-первых, в этом году завершился жизненный цикл значительного числа процессоров и чипсетов. Сняты с производства практически все процессоры с тактовой частотой ниже 500 МГц, включая VIA Eden, все STPC, за исключением Atlas, а также AMD Geode GX-1 (не RoHS-совместимая версия). Кроме того, прекращено производство процессоров Intel Celeron и Pentium III на ядре Coppermine. Наконец, завершен жизненный цикл чипсета VIA Twister-T, используемого практически со всеми процессорами средней производительности (Eden или Pentium III / Celeron). Более 50% одноплатных компьютеров, модулей и используемых в системах PC/104 процессоров, продававшихся в начале 2005г., более недоступны. Большинство встраиваемых приложений столкнулись с необходимостью перехода на новые процессоры или, в худшем случае, разработки приложения заново на базе другой технологии.

Во-вторых, получившая широкое распространение модернизация продуктов для приведения их в соответствие с директивой Европейского Сообщества относительно уменьшения содержания вредных веществ (RoHS) дала производителям возможность отсеивать продукты, производимые в малых объемах, а также прекращать производство продуктов, не приносящих прибыли. В течение 2006 г. многие продукты, которые могли бы все еще производиться, были сняты с производства из-за того, что не существует возможности приведения их в соответствие директиве RoHS. Это также вынудило многих производителей встраиваемого оборудования определиться с выбором нового процессора, либо провести разработку приложения заново.

Третий фактор включает базовые изменения в методологии разработки, сложившейся в течение нескольких прошедших лет. Практически все приложения, производящиеся в большом масштабе (скажем, более 500 ед./г), теперь разрабатываются на основе технологии «компьютер-на-модуле» (COM), например, модули ETX выпускаются вместо одноплатных компьютеров форм-факторов PC/104, EBX или EPIC. Это существенно отразилось на темпах разработки новых продуктов, так как производители одноплатных компьютеров переключились от форм-факторов PC/104, EPIC или EBX на использование разработок COM, в частности ETX или COM Express. Таким образом, на протяжении нескольких последующих лет рынки процессорных модулей PC/104, EPIC и EBX будут уменьшаться.

Вопрос. Cтандартизация, характерная сегодня для различных областей программно-технических средств, - в какой-то степени основной двигатель прогресса, а в какой-то - регресса. С одной стороны, возникло огромное число специализированных фирм, которые выпускают не средства автоматизации, а стандартные компоненты этих средств, из которых впоследствии осуществляется сборка готовых решений. С другой стороны, при такой стандартизации продукция разных фирм нивелируется или унифицируется; если появляется новая и оригинальная задумка, то ее очень трудно ввести в жизнь, если она противоречит стандарту. Как вы считаете, в области ВКТ стандартизация - это прогресс или регресс, и как в этой ситуации найти «золотую середину»?

Джонатан Миллер. На протяжении многих лет разработчики встраиваемых систем безоговорочно руководствовались стандартами, имея на то несколько причин. Стандарты создают иллюзию, что существуют альтернативные источники поставок, и усиливают иллюзию о взаимозаменяемости элементов. Некоторые стандарты настолько жестки, что делают эти иллюзии реальностью, но другие оставляют достаточно пространства для маневров. Например, использование USB получило значительное распространение благодаря простоте работы и настоящей интероперабельности. С другой стороны, некоторые пользователи были шокированы, когда обнаружили, что невозможно легко осуществить замену одного модуля ETX на объединительной плате другим (от другого, а иногда и того же самого производителя). Некоторые стандарты расположения разъемов или форм-факторы являются критичными для разработчиков, например, в случае готовых корпусированных решений. Стандарты шин важны в случае взаимозаменяемости плат от различных производителей. Возможен только незначительный допуск для проприетарных (частнофирменных) шин и немного больше для проприетарных форм-факторов. Однако существуют области, где остается больше возможностей для творчества в отношении коммерческих решений высокого уровня, таких как технология автоматической самокалибровки Diamond Systems, обеспечивающая правильную калибровку для аналоговых решений ввода/вывода на всем рабочем диапазоне температур оборудования.

Вопрос. Ваши прогнозы о том, как будут меняться объемы продаж открытых компьютерных технологий (одноплатных компьютеров, базовых систем и т.д.) относительно частнофирменных решений?

Пол Розенфелд. Решения, основанные на промышленных открытых стандартах, продаются сегодня существенно лучше, чем частнофирменные. Разработчики встраиваемых систем становятся все менее терпимыми по отношению к уникальным, проприетарным форм-факторам. Тем не менее, остается некоторая гибкость в степени соблюдения стандартов. В области встраиваемых систем по-прежнему существует набор предпочитаемых заказчиками проприетарных решений, хотя и основанных на платах, соответствующих форм-факторным стандартам. Такая ситуация, скорее всего, не изменится в ближайшем будущем.

Вопрос. Сегодня стандарт PCI Express пользуется заслуженной популярностью. Но научно-технический прогресс не стоит на месте. Цикл развития архитектуры ввода/вывода изменяется примерно каждые 10...12 лет. Каков возможен следующий шаг развития стандарта PCI Express? Будет ли новая технология ввода/вывода последовательной?

Джонатан Миллер. PCI Express остается на стадии «первопроходца» на рынке встраиваемых систем. Я позволю не согласиться, что жизненный цикл архитектуры ввода/вывода составляет 10...12 лет. По последним подсчетам, почтенная архитектура ISA используется уже 23 года или около того. Хотя число новых разработок с использованием ISA намного уменьшилось, тем не менее, мы будем видеть новые разработки примерно в течение последующих пяти лет, и платы ISA будут производиться еще 20...30 или более лет. Шина PCI сама по себе давно перешагнула 12-летний рубеж и продолжает развиваться в направлении новых разработок и продаж. Число новых разработок с использованием PCI будет продолжать расти в ближайшие 5...10 лет. PCI Express еще только переживает свое «детство». Едва ли поставки плат PCI Express превысят в размерах поставки PCI на рынке встраиваемых систем в ближайшие 10 лет или еще дольше. Ясно, что новая технология должна быть последовательной с более высокой производительностью и уменьшением числа контактов. Однако разработчики должны быть осторожны с внедрением последующих технологии и обновлений, до того как технология базового уровня получит широкое распространение. Находясь на технологической «беговой дорожке», разработчики противятся внедрению новой технологии, пока она не станет стабильной. Нас ожидает встреча с новой разновидностью PCI Express на частоте 5 ГГц до того, как оригинальная 2,5 ГГц-технология получит широкое распространение. Но это только отпугнет большое число разработчиков от использования этой технологии, вплоть до стабилизации рыночной ситуации.

Вопрос. Каковы возможные прогнозы развития стандарта ETX?

Пол Розенфелд. Продукты стандарта ETX (и COM), в общем, стали критичными для будущего индустрии встраиваемых компьютеров. ETX оказался успешным, несмотря на тот факт, что стандарт полностью контролируется компанией Kontron. Нам бы хотелось видеть компании, вовлеченные в рынок ETX, работающими вместе в рамках независимого консорциума над дальнейшим развитием и улучшением стандарта ETX. Важно расширять ETX в дополнение к новому стандарту COM Express, чтобы "отколовшиеся" стандарты, например XTX, не захватили рынок. Фрагментация рынка COM на множество конфликтующих стандартов направлена по большей части против интересов практически всех участников рынка встраиваемых компьютеров, включая как производителей процессоров, так и разработчиков ПО.

Для сравнения, развитие стандарта COM Express под покровительством PICMG является примером того, как должна происходить такая разработка стандарта. В результате этой осторожной, детализированной работы мы имеем широко распространенный промышленный стандарт, способный расти и процветать в течение многих лет.

Вопрос. В 2006 г. мы продолжаем наблюдать увеличения числа крупных холдингов в области ВКТ. В результате покупки разрастающимися холдингами известных компаний с карты исчезают брэнды, меняются партнерские связи, модернизируются линейки востребованной продукции. Как эти изменения сказываются на рынке ВКТ в целом и на отдельных компаниях?

Пол Розенфелд. Действительно на рынке встраиваемого оборудования в последние годы наблюдается большая степень консолидации и появление новых крупных компаний, таких как Kontron, Radisys и GE Fanuc. Эти холдинги склонны к широкому охвату рынка, проявляют активность на большом числе субрынков, включающих платы и системы Compact PCI, равно как и PC/104, и COM. Несмотря на то, что крупные компании имеют большие ресурсы, они стараются фокусироваться на направлениях, сулящих больше доходов, оставляя небольшие рыночные ниши для меньших игроков. Следовательно, арена PC/104 более широко открыта для небольших компаний, которые могут продолжать успешно работать, если они будут достаточно расторопны относительно осознания рыночных возможностей и быстрых действий по их реализации. Но некоторые пути для роста закрыты для маленьких компаний из-за агрессивной активности крупных компаний. Один из примеров - быстро растущая область встраиваемых систем и PanelPC.

Вопрос. В июле 2006 г. начала действовать директива RоHS, что очень серьезно для всех игроков рынка. Чтобы осуществить переход на безсвинцовые технологии, компании вынуждены затрачивать 10...100 тыс. долл. США. Претерпевают изменение конструкторская документация, отдельные комплектующие и т.д. Отражается новшество и на покупателях ВКТ: отмечается нестабильность в ценах и сроках поставки. Как ваша компания готовилась к выполнению директивы RоHS, какие шаги в связи с этим были предприняты?

Пол Розенфелд. Во второй половине 2005 г. мы оценили в первом приближении, какие именно продукты будут приводиться в соответствие с директивой RoHS. После этого мы начали работу с контрагентами на предмет определения RoHS-эквивалентов всех частей используемых продуктов. Мы определили, какие продукты и в какое время будут приведены в соответствие директиве RoHS, и начали закупку RoHS-совместимых компонентов с целью выпуска RoHS-совместимых продуктов, когда все компоненты будут доступны. Этот процесс занял намного больше времени, чем ожидалось. Даже в декабре 2006 г. некоторые критические компоненты отдельных продуктов не были доступны у поставщика в RoHS-совместимых формах. Мы не ожидаем завершения перехода на RoHS ранее середины второго квартала 2007 г. Тем не менее, некоторые поставщики компонентов продолжают сдвигать даты доступности RoHS-компонентов.

Вопрос. В этом году началась разработка, и уже появились первые серийные изделия (одноплатные компьютеры) для различных стандартов на базе многоядерных микропроцессоров. Что ожидают от многоядерной эволюции производители и потребители ВКТ (в экономическом и техническом аспектах)?

Джонатан Миллер. Сейчас стало ясно, что производители процессоров не могут сколь угодно быстро наращивать тактовую частоту по причине проблем с охлаждением и т.д. Поэтому мультиядерный подход стал основой того, как производительность будет расти в следующие несколько лет. Поэтому в случае встраиваемых решений с наибольшей производительностью (которые в действительности не существуют для PC/104) многоядерные процессоры критичны для достижения в будущем этой наиболее высокой производительности одноплатных компьютеров. В то время как существуют некоторое число приложений, которые должны быть настолько производительны, насколько это вообще возможно, основная масса встраиваемых приложений в действительности не требует процессоров с четырьмя или двумя ядрами, работающих на частотах 2 ГГц или выше. Требования к вычислительной мощности на рынке встраиваемых систем и общем компьютерном рынке в целом совпадали в течение многих лет, но теперь могут начать расходиться. Настоящей проблемой является тот факт, что производители процессорных чипов вынуждены следовать по пути увеличения производительности, руководствуясь требованиями рынка настольных систем/ноутбуков, и производителям встраиваемых систем становится все труднее предоставлять для широкого набора встраиваемых приложений эффективные с точки зрения цен, с низким энергопотреблением, безвентиляторные (часто с расширенным рабочим температурным диапазоном) решения. В конце концов, не нужно иметь двухъядерное решения для информационного терминала в аэропорту, который будет использоваться для получения информации о следующем полете. На самом деле, 486-го процессора было бы вполне достаточно, конечно, если еще удастся где-либо его приобрести.

Вопрос. Продолжая тему одноплатных компьютеров, охарактеризуйте современное состояние этого сектора рынка. Каковы вероятные пути дальнейшего развития отрасли одноплатных компьютеров?

Джонатан Миллер. Для компании Diamond Systems рынок одноплатных компьютеров включает платы форм-факторов PC/104, EPIC, EBX вместе с так называемыми Biscuit (5.25"), half-Biscuit (3.5") и проприетарными форм-факторами. Это пространство, оцениваемое примерно в 200 млн. долл. США за год, конкурирует с рынком систем «компьютер-на-модуле», главным образом с ETX. Практически все приложения, выпускаемые в большом объеме, особенно с расширенными требованиями к вводу/выводу, переходят с одноплатных компьютеров на ETX. Представление форм-фактора EPIC в 2004 г. сделало многое для стимуляции роста рынка одноплатных компьютеров, и платы EPIC остаются хорошим решением для приложений с небольшими требованиями по вводу/выводу. Однако использование решений COM/ETX в значительной мере ограничило высокообъемную часть этого рынка, и она будет значительно сокращаться на протяжении нескольких последующих лет.

Кроме того, все эти продукты ожидает трудное время перехода на PCI Express. Стандарт COM Express уже хорошо закрепился на рынке. Существуют очень значительные задержки в спецификации EPIC Express на техническом уровне, и скорее всего появятся конкурирующие стандарты. Область PCI Express рынка одноплатных компьютеров разделится на несколько конкурирующих взаимосвязанных стандартов, что будет смущать пользователей и разделит и так небольшой рынок на совсем маленькие сегменты. Все это потребует значительных вложений в разработку. Поэтому арена PCI Express рынка одноплатных компьютеров будет характеризоваться высокими инвестициями, разработкой продуктов, дающей невысокую степень возврата вложенных средств, что будет уменьшать число появлений новых продуктов и в дальнейшем замедлять рост. Сфера одноплатных компьютеров не будет рынком, приносящим радость участвующим в нем, еще на протяжении 5 лет или около того.

Вопрос. Мы рассмотрели важнейшие события рынка ВКТ, произошедших в 2006 г. Ваш прогноз на будущее: чем поразят нас ВКТ в следующем году?

Джонатан Миллер. Сюрпризы в целом не приветствуются на рынках встраиваемых компьютеров. Эти рынки сейчас не настолько объемные, как несколько лет назад, но многие инженеры встраиваемых систем остаются консервативными разработчиками, которые преуспевают благодаря преемственности, а не переменам. Я полагаю, что 2007 г. принесет дальнейшую консолидацию на наших рынках, когда крупные игроки будут продолжать поглощать меньших, если это дает хорошие стратегические позиции. Мы увидим более серьезные достижения в области стандартизации. Указания RoHS должны стать полностью пройденным этапом, чтобы мы могли двигаться дальше как индустрия. Но я не вижу сейчас каких-либо хороших решений, которые позволили бы раз и навсегда решить проблему снижения энергопотребления и тепловыделения, особенно для высокоскоростных приложений. В общем, мы должны подождать и посмотреть.