目录

践行“智能制造”,TI助力中国制造企业升级工业4.0

多年来,在各大分析机构发布的工业半导体厂商排名中,欧美芯片厂商均牢牢占据前十的位置。这其中,德州仪器(TI)长年稳居名列前茅,地位无人能撼动。作为全球性半导体和解决方案供应商,TI拥有8万多种不同的产品,可帮助客户高效地管理电源、准确地感应和传输数据并在客户的电子系统中提供核心控制或处理。

TI在工业领域拥有广泛的产品类别,已经渗透到人们日常生活的方方面面,应用领域涵盖了从自动化、电网、电机驱动等等应用场景。人们打出的每一通电话、进行的每一次网络连接、拍的每一张相片、看的每一场电影,TI的技术都蕴含其中。

产品线覆盖面之广,意味着数量庞大的客户群体需要TI去服务。尤其是当前,中国制造业正处于向工业4.0升级的关键时期,大量中小型制造企业急需定制化、客制化的转型方案。

“如何自下而上地服务好中国制造企业,做好工业4.0的升级?”德州仪器(TI)技术支持经理韩韬在接受《电子工程专辑》采访时,分享了TI对工业4.0核心“智能制造”的理解,以及对中国工业领域客户的几点支持愿景。

德州仪器(TI)技术支持经理韩韬

韩韬认为,工业4.0的核心是“智能制造”,这里的智能不单指实现机械自动化,而是能够独立地做出一些决策。以智能制造中的机器人为例,目前已大规模应用的机器人可被分为四类,分别是:工业机器人,物流、仓储领域中的AGV机器人,家用机器人和协作机器人。其中协作机器人因为有诸多与人交互的场景,对处理能力及安全性——也就是“智能”提出了更高的要求。

一个能被称为“智能”的机器人,除了执行指令外,还需要感知外部环境并自主地做出决策。要实现这样的智能化,必须在边缘端将收集到的数据进行初步处理,这对系统算力要求很高。此外,在人类更高层次需求需要机器人来满足,实现功能多样化的同时,也对功能安全提出了更高要求。

这一切带来机器人对应的功耗与成本也随之增加,如何以较小的功耗和成本下,实现尽可能多的功能?这是全行业正在探究的命题。

为了满足人们对精确控制、快速通信和复杂分析的需求,TI在全新的SitaraTM MCU产品系列中将业界先进的处理性能、实时控制和高级网络功能无缝地结合在一起,使工程师能够在新兴应用中打破性能障碍。

韩韬表示:“高实时处理速度在机器人等工厂设备中至关重要,其中快速计算能力与MCU内部存储器的高速访问可同时帮助提高机器人的运动精度和运动速度,从而提高生产率。”

工业电子领域与消费电子产品最大的区别,在于工业产品形态难以标准化,每个客户会有不同的需求,每个细分领域又会有一条不同的产线。以车厂追求的“柔性产线”为例,通过切换模具的方式,用同一条产线即可切换生产的产品,要求从信息链到生产链快速反馈,因为只有库存时间越短、资金周转越快,车厂盈利才更丰厚。

韩韬表示,针对车厂的需求,TI提供一系列可扩展方案,产品覆盖多种算力和价格。“工业方案具有动态可扩展的特点,宽泛的要求靠单一芯片做单一解决方案无法满足。TI的方法是提供平台,把应用平台化作为基础,设备制造商可以在上面任意搭建。”

仅靠处理器不能满足工业应用所有的需求,要用更多不同的IP满足不同的需求。以工业自动化中的视觉识别技术为例,TI此前在开发数码相机方案时积累了大量IP,“从机器视觉到人脸识别的视觉方案中,TI在过往的IP上持续创新,并集成到工业产品中,就能给客户提供不同的应用方向。”韩韬说到,各种安全、模拟、加速和连接的功能IP,集成到SoC统一的架构中就能满足不同需求。

TI一直秉持异构理念,由于硬件架构的设计理念完全不一样,这些功能在一个Arm架构处理器上实现难度较大,所以TI持续创新的方式就是把各类异构核心与大家熟悉、通用的Arm平台结合后,用一颗完整的SoC呈现。

如今,半导体厂商服务客户的方式已经改变。与20年前相比,今天的系统工程师基础知识储备量,以及获取新知识的方式已经完全不一样。韩韬回忆20年前做设计时,都是拿着产品手册和白皮书,跟着老师傅到现场去一步一步调试,“我们现在支持的客户工程师基本上是研究生毕业,年纪轻轻就成为科技骨干,他们获取知识的方式大多通过网络。”

据介绍,鉴于客户采购习惯也开始转向通过京东、淘宝这类在线方式,TI的支持服务现已全部转到ti.com的线上。TI在工业领域所有的解决方案、架构框图都可以在网上找到。

由于Linux文件系统可以自行裁减,内核可以自行优化,删掉不需要的模块后能够把系统做得足够小,所以Linux在工业领域的渗透持续加深。但工业产品具有长生命周期的特点,往往长达10年以上,而Linux每5年就会升级,意味着一些经典产品在整个业内有很多家厂商同时在用,老平台常常因为新应用暴露出一些新问题,鉴于此,TI也在拥抱开源社区。

韩韬表示,TI的软件架构是模块化的,整个生态系统中除了Mainline Linux,还有一些Open Linux的分支。“用TI模式搭建中间件,每个模块既可以用高算力大SoC,也可以用小MCU仅做控制。这种实时分布的软件是一个独立包,可以独立于整个主干进行升级,一次软件的投入在未来场景中可以进行高、中、低不同产品架构应用的分配。”

据介绍,TI从90年代开始就布局异构处理器,在质量认证方面经验丰富。以工业和汽车产品为例,不仅芯片本身要通过相关ISO认证,其设计流程和供应链也要通过体系认证。在用户使用TISoC产品时,可以在网上找到完整的工具链、RDK测试报告以及认证报告。当用户的系统级产品在通过工规或车规认证时,TI的报告会作为客户报告的一部分,直接呈现给认证机构。

韩韬用了一个简单的芯片框图呈现了TI的SoC解决方案。

TI有自己工厂体系和软件开发平台的完整解决方案。各种体系认证、质量保证是基础,SoC解决方案则是对所有的细化应用认知,包括计算、控制、安全、模拟、深度学习、硬件加速和连接等。

韩韬特别提到了高速连接的部分,因为在一颗大型SoC中设计高速连接挑战度非常高,里面每个模块还要能够独立升级,这在体系架构设计上需要多年的积累。TI把这种多年的积累分享给国内的设备制造商,“因为我们看到现阶段的国内设备制造商与20年前完全不一样。20年前我们将老牌工业强国的设备作为老师,但现在国内设备商已经走到了无人区,在机器人等领域引领了全球的潮流。”

最后在通用软件平台方面,TI的平台不仅仅是开发平台,因为设计并不是产品的全部,在生产制造和测试方面的挑战也越来越高。TI的各种简化工具和软件库可以集成到生产商的流程中,保证用户生产的软硬件拥有完整的生产流程,并且达到高质量的要求。

当前,处理器设计工作中软件占的比重越来越高,正所谓“硬件是骨架,软件是灵魂”,国内制造商在硬件方面有着足够的积累,但在软件生态中还处于爬坡阶段。所以韩韬表示,TI在软件平台上的理念是,尽量保证一次投入,就能用到更多不同的产品形态中去,让更多的软件进行兼容和复用。

谈到中国本土工业市场,由于传统制造业和工业领域大多采用专业的高精尖设备,所以TI服务的制造业客户也是“小而美”企业居多。

韩韬表示:“我们一直认为中国本土中小型企业是非常有活力的合作伙伴,TI也是率先建立了对小量订单开放直接采购系统的半导体公司。通过在线网站,这些小而美的公司的采购无需通过代理商或经销商,就可以直接采购到TI正品,并且提供人民币结算、净30天账期等服务,方便了中小型企业的供应链维护。”

与此同时,TI产品的参考设计、数据手册和使用指南都在官网公开,即便是中小型公司也能直接获取产品的名列前茅手设计资料,降低了设计门槛和技术要求。e2e.ti.com网站是TI研发人员和中小企业工程师直接交流的窗口,直接对接用户设计中的问题,助力客户快速、高效的开发。

得益于TI在中国所建设的完整本土支持体系,包括一体化的制造基地、两个产品分拨中心、三个研发中心、遍布全国的近20个销售和技术支持分公司,以及TI.com.cn提供的海量技术资源和便捷的本地购买方式。目前,TI中国研发中心已覆盖完整的产品定义和开发职能,包括系统和应用、设计、验证、市场等,持续为客户提供创新解决方案,竭诚满足中国及全球市场需求。

“凭借雄厚的研发团队与完善一体的供应链,TI能够全方位地支持客户当前和未来的发展。”韩韬说到。

在过去的十几年中,TI Sitara™系列诞生出很多优异的处理器型号,帮助客户设计更智能的自动化工厂系统。全新的低功耗Sitara™ AM62x处理器采用基于Arm®的边缘AI技术和强大的连接选项,可实现快速、灵活和安全的数据传输。AM62x不仅提供了丰富的内核数量,还实现了真正的可拓展平台,能够灵活助力智能制造在不同领域中的应用。

用户可以在TI官网上找到以AM62x作为核心处理器搭建伺服系统、PLC系统、HMI系统的架构框图,包括外围的传感器/器件/电源部分,拥有自上而下对于AM62x以及特定产品设计开发的认知,了解自己的系统该如何搭建。至于其他器件,TI则在超过8万件的产品库中选择对应的产品作为参考。

有了系统级且模块化的产品,再加上用户本身在应用方向上的专业认知,就能够设计出最合适的产品,避免不必要的问题。同时韩韬还表示,用户在设计中遇到的技术问题能够通过e2e.ti.com这一交流渠道直接反馈难点,TI的团队会给出专业的解答,助力加速产品落地。

值得一提的是,TIAM62x提供的所有软件都符合开源协议的要求,客户基于TI的白盒软件能够设计出各种不同的创新性应用。

本文为《电子工程专辑》2023年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅

文章来自:https://www.eet-china.com/