Tyson Tuttle, dyrektor generalny Silicon Labs, przedstawił strategię firmy zatytułowaną „Accelerating the IoT” podczas niedawnej konferencji Design Automation (DAC).

Ponieważ na rynku często spotykane są obawy dotyczące braku bezpieczeństwa IoT oraz kosztów i trudności projektowania urządzeń tego typu, możliwy jest odwrót branży od Internetu Rzeczy. Tuttle przyznał również, że Internet Rzeczy nie należy obecnie do tych nowych technologii, którymi interesują się zwyczajni ludzie.

Fot. 1. Tyson Tuttle, dyrektor generalny Silicon Labs (źródło: Silicon Labs)

Mimo to, CEO postrzega tą niepewność jako szansę dla Silicon Labs. Tuttle podkreślił jasno dwie rzeczy podczas prezentacji oraz późniejszego wywiadu: Silicon Labs pozostanie na rynku IoT przez długi czas, ponadto będzie się starać, aby przedstawiane rozwiązania zapewniały prostotę i bezpieczeństwo – dwa czynniki, które przekonają projektantów systemów, że warto dodać łączność do ich produktów.

Zaznaczył też jednak, że „Potrzeba wielu dekad, zanim Internet Rzeczy okaże się sukcesem.” Co to oznacza? Tuttle nie rozważa, co Internet Rzeczy może przynieść Silicon Labs w najbliższym kwartale czy w najbliższym roku. Jego wizja Internetu Rzeczy obejmuje zmiany społeczne, które IoT przyniesie w roku 2020, 2030 i jeszcze później.

Wpływ Internetu Rzeczy na projektantów systemów

Co warto zauważyć, podczas wspomnianej prezentacji Tuttle nie opisywał Internetu Rzeczy jako ogromnego rynku obejmującego miliardy połączonych urządzeń, na których Silicon Labs może zarobić. Taka wizja jest już znana. Zamiast tego, Tuttle mówił głównie o wpływie IoT na projektantów systemów: „Kiedy projektujesz kolejny produkt, nie możesz już tego robić bez myślenia o łączności” – twierdzi.

„Produkty, które nie są połączone, pozostają statyczne.” – kontynuował. – ”Dzięki łączności produkty stają się dynamiczne, zatem mogą zyskać nowe funkcje, aktualizacje i zwiększone bezpieczeństwo. Systemy mogą stawać się węzłami końcowymi z możliwościami monitorowania i śledzenia. Dodanie łączności może też zwiększyć wartość produktów. Bez łączności nowy produkt będzie na straconej pozycji na rynku.”

Co oczywiste, w początkach istnienia Internetu Rzeczy najważniejszym rynkiem są domy i mieszkania. Oferowane są produkty takie, jak pralki i lodówki z łącznością – nasuwa się jednak pytanie: Po co?

Mimo tego sceptycyzmu projektanci dodają łączność do klasycznych produktów – twierdzi Tuttle. Wyobraźmy sobie na przykład elektronarzędzia. Warsztat, w którym robotnicy pojawiają się i aktywują swe elektronarzędzia za pośrednictwem łączności Bluetooth dzięki aplikacji zainstalowanej na smartfonach. Czy to ma sens?

„To może wydawać się dodatkowym kłopotem, ale łączność ze smartfonem może zapobiec kradzieży narzędzi.” – tłumaczy Tuttle – „Nikt bez odpowiedniego kodu nie może użyć danego narzędzia.”

Bardziej istotna jest możliwość śledzenia połączonych narzędzi. Budowniczowie będą wiedzieli, kto i gdzie korzysta z danego narzędzia, ale też dokładnie kiedy i w jaki sposób – na przykład na podstawie rejestracji momentu obrotowego. Taki mechanizm śledzenia ułatwia budowniczym tworzenie raportu, który później będzie sprawdzany przez inspektorów.

Korzyści mogą odnieść również firmy ubezpieczeniowe. Przypuśćmy, że wspomniane elektronarzędzia zostały użyte do instalacji panelu słonecznego. Po kilku miesiącach jeden z paneli  pękł. Czy ten problem był spowodowany zbyt silnym przykręceniem śruby podczas budowy? Firma ubezpieczeniowa może znaleźć odpowiedź, sprawdzając dane z wkrętarki.

W niektórych gorących miastach zachęca się mieszkańców, aby wcześniej schłodzili swe mieszkania przed powrotem z pracy. Czy to służy poprawie komfortu? Niekoniecznie, tłumaczy Tuttle: „Pozwala to dostawcom obniżyć szczytowe zużycie mocy.”

Łączność poprawia także funkcjonalność urządzeń opieki zdrowotnej. Dodając łączność na przykład do inhalatora, uzyskujemy możliwość monitorowania położenia użytkownika oraz każdorazowego użycia urządzenia. Są to dane bardzo istotne z punktu widzenia medycyny zapobiegawczej.

Łączność jest podstawowym wymaganiem do realizacji systemów opartych na Big Data, sztucznej inteligencji czy głębokiego uczenia (deep learning): „Internet Rzeczy stanowi podstawę wielu najbardziej interesujących technologii.” – dodał Tuttle. -” Wprowadzenie łączności odmieni takie dziedziny, jak opieka zdrowotna, sprzedaż, transport i zarządzanie energią. Internet Rzeczy stanowi dla całego społeczeństwa największą szansę naszych czasów.”

Tworzenie platformy

Różnorodność rynków oraz aplikacji IoT stanowi główne wyzwanie dla dostawców układów scalonych, takich jak Silicon Labs.

„Mając dziesiątki tysięcy klientów, jak możemy przedstawić ofertę dla nich wszystkich i dobrać skalę naszej produkcji IoT? Jedynym sposobem jest zbudowanie platformy wokół układów IoT typu System-on-Chip, w oparciu o którą może powstać wiele produktów.” – wyjaśnia Tuttle. – ”To właśnie prostota naszego projektu umożliwia obsługę wielu klientów.”

Ważne jest też obniżenie kosztów połączenia oraz zapewnienie bezpieczeństwa. Projekt musi trafić w odpowiednią półkę cenową odpowiednio wcześnie, aby móc posłużyć do stworzenia sieci – gdy pojawi się więcej aplikacji, układ zostanie wdrożony do produkcji masowej, a korzyści z powszechnej łączności wzrosną.

Trzy lata temu podczas wywiadu z Tuttle w Szanghaju, zaprezentował on schemat blokowy układu SoC IoT. Nie był to prawdziwy produkt – jedynie szkic na kartce papieru.

Fot. 2. Koncepcja układu SoC IoT naszkicowanego kiedyś przez Tysona Tuttle

Ten układ SoC składa się z 6 bloków: czujnika, energooszczędnego mikrokontrolera, transceivera radiowego, układu zarządzania zasilaniem, układów sygnałów mieszanych i pamięci. Podczas niedawnej prezentacji poświęconej przetwornikom analogowo-cyfrowym, Tuttle przedstawił bardziej atrakcyjny schemat blokowy SoC IoT na dużym ekranie. Podstawowe bloki wyglądają podobnie. Z perspektywy Silicon Labs konsekwentna strategia „platformy” polega na tym, że komponenty oferowane przez firmę nie będą w przypadkowy sposób łączone, dodawane i usuwane.

Rys. 3. Układ SoC IoT Silicon Labs

Oprogramowanie szkieletowe

Firma Silicon Labs w ostatnich latach skoncentrowała się na realizacji stosu oprogramowania, który pozwoliłby połączyć układy SoC IoT z chmurą. Kolejne warstwy tego stosu obejmują lekki system operacyjny czasu rzeczywistego (RTOS), obsługę wielu dynamicznych protokołów i poprawione zabezpieczenia.

Rys. 4. Oprogramowanie Silicon Labs pozwala na realizację złożonych, połączonych systemów

Zapytany o porównanie z konkurentami na rynku IoT, Tuttle odpowiedział: „Sądzę, że przyjęliśmy znacznie bardziej holistyczne podejście.” Zauważył, że firmy takie, jak Texas Instruments, czy Broadcom (których zespół IoT został przejęty przez Cypress Semiconductor) nastawiły się na natychmiastowy zysk. „Jednak zawsze wierzyłem, że aby rynek Internetu Rzeczy stał się rzeczywistością, potrzebne jest oprogramowanie szkieletowe. Ostatecznie to właśnie warstwy odpowiedniego oprogramowania odróżniają nasze rozwiązania IoT od innych.”

Tuttle wspomniał rok 2010, w którym został dyrektorem generalnym, jako przełomowy moment w strategii Silicon Labs odnośnie IoT: „Wykonaliśmy gwałtowny zwrot, przeznaczając 2/3 naszych zasobów R&D na rozwój Internetu Rzeczy.” Dodał też: „Zdecydowaliśmy się skupić na trzech rynkach. Jednym z nich był Internet Rzeczy. Pozostałe to technologie i infrastruktura chmurowa , w których układy zegarowe i generatory naszej firmy okazują się przydatne, a także sektor ekologicznych źródeł energii, który potrzebuje wysokonapięciowych układów zasilania i technologii izolacji.”

Zdecydowanie, lecz metodycznie

Od tamtej pory Silicon Labs przyjęło zdecydowane, lecz metodyczne podejście do rozszerzenia oferty IoT firmy – zarówno w obszarze sprzętu, jak i oprogramowania. Tuttle poświecił dużo wysiłku, aby opisać swą wizję Internetu Rzeczy i przekonać do niej zespół inżynierów, zarząd, radzę nadzorczą, dyrektora finansowego oraz inwestorów.

Tuttle musiał pozyskać więcej pieniędzy na przejęcia i więcej czasu dla zespołu w celu zdobycia umiejętności programistycznych. Ze względu nie nieuchronne ryzyko i niepewny zwrot, wymagało to zwiększenia skuteczności sprzedaży –  zamiast proszenia zarządu o dodatkowe pieniądze w celu wprowadzenia istniejących układów na współczesny rynek IoT.

Fot. 5. Tyson Tuttle podczas konferencji DAC

Lista technologii oraz zespołów projektowych, które Silicon Labs przejęło w ostatnich latach, jest imponująca. Obejmuje ona przejęcie w 2012 Ember, głównego dostawcę układów SoC i oprogramowania ZigBee, a także przejecie firmy z Oslo – Energy Micro, dostawcy energooszczędnych mikrokontrolerów EFM32 z rodziny Gecko, w roku 2013. W roku 2015 Silicon Labs kupiło fińską firmę Bluegiga, dostawcę rozwiązań Bluetooth Low Energy, a także brytyjską firmę Telegesis dostarczającą moduły ZigBee. W roku 2016 dołączyła do nich firma rozwijająca systemy RTOS, Micrium. Natomiast w tym roku przejęta została firma Zentri specjalizująca się w innowacyjnych projektach Wi-Fi.

Ember wzmocnił zespół programistów, natomiast przejęcie Energy Micro przyniosło korzyści dzięki rodzinie mikrontrolerów Gecko. Istotne było również przejęcie Micrium: „Ponieważ Internet Rzeczy potrzebuje lekkiego systemu operacyjnego czasu rzeczywistego z małym narzutem do zastosowań z ograniczonym budżetem energetycznym.”

Zapytany, dlaczego Silicon Labs musiało kupić firmę dostarczającą RTOS, zamiast wykorzystać licencję na system firmy zewnętrznej, Tuttle odparł: „Aby zoptymalizować system czasu rzeczywistego pod kątem konkretnego sprzętu, trzeba mieć dostęp do tego systemu. Ponadto aby wykonać tą optymalizację, potrzebni są programiści.” Tuttle opisuje Micrium jako „bardzo elegancki RTOS”, a talenty inżynierów z Micrium były potrzebne, aby firma była w stanie poświęcić więcej swego czasu na optymalizację sprzętu pod kątem systemu RTOS.

Silicon Labs poświęciło również wiele czasu na dodanie zabezpieczeń do układów SoC IoT. Firma skupiła się na wprowadzeniu kluczowych elementów zabezpieczających tak, aby zoptymalizować koszty i zużycie energii. „Naszym celem jest zapewnienie niespotykanego poziomu bezpieczeństwa.” – Twierdzi Tuttle. – ”To oznacza również umieszczenie sprzętowych akceleratorów szyfrujących w układach SoC IoT”. Celem jest opracowanie rozwiązań, które pozwolą projektantom systemów na dodanie zabezpieczeń bez poświęcania czasu i energii na ich obsługę.

Przychody z IoT?

Silicon Labs zbiera owoce wcześniejszych inwestycji w Internet Rzeczy. W ubiegłym roku 45% przychodów firmy (w sumie 698 mln USD) przypadało na produkty związane z IoT. W pierwszym kwartale tego roku Silicon Labs uzyskało przychód z IoT na poziomie 88 mln USD – o 24% więcej w porównaniu z rokiem ubiegłym.

Rys. 6. Przychody firmy Silicon Labs (w mln USD)