Untitled Document
"Snelheid is de dominante factor
voor winstgevendheid
Prototypering brengt elektronica twee maanden
sneller op de markt
Prototypering/Chantal Louwers
Foto's/Bram Saeys
Het controleren van één seconde speeltijd van het
ontwerp van een DVD-Video speler met simulatie-technieken kost
39 uur! Het controleren van één seconde speeltijd
van een DVD-Video speler met behulp van een prototype duurt net
zo lang als het afspelen ervan, één seconde!
Dat is één van de resultaten van het onderzoek van
dr.ir. Alexander Rensink, die begin december promoveerde op zijn
proefschrift 'Prototyping of Embedded Systems, an Analysis of
Industrial Approaches Aimed at Reducing Time-to-Market'.
"Het is mogelijk om negen vrouwen nagenoeg tegelijk
te bevruchten. Maar het is niet mogelijk dat die negen vrouwen
samen één maand later één baby ter
wereld brengen. Dit voorbeeld wordt Brook's Law genoemd en komt
uit het boek 'The Mythical Man-Month'."
Alexander Rensink gebruikt het als voorbeeld voor de gedachte
achter zijn onderzoek. "Als het ontwikkelproces van een ingebed
systeem vertraging oploopt, heeft het geen nut om meer ontwerpers
in te zetten. Een groter aantal mensen kan het proces zelfs verder
vertragen. Om het controleproces van een ingebed systeem te versnellen,
heeft Rensink bij de faculteit Elektrotechniek in de vakgroep
van prof.dr.-Ing. Jochen Jess onderzoek gedaan naar het ontwikkelen
van een prototype van een ingebed systeem. "Daaruit is gebleken
dat met behulp van dat prototype elektronica twee maanden sneller
op de markt kan worden gebracht."
Embedded systems
Een ingebed systeem (embedded system) kun je zien als het
centraal zenuwstelsel van een product met elektronica in zich.
Ingebedde systemen worden bijvoorbeeld gebruikt in consumenten
elektronica (TV-sets, mobiele telefoons, DVD-Video spelers), in
huishoudelijke apparatuur (wasautomaten, koelkasten) en in voertuigen
(ABS en motormanagementsysteem van een auto). Je zult het waarschijnlijk
niet verwachten, maar zelfs in kleding kun je tegenwoordig ingebedde
systemen terug vinden. Philips en Levi's hebben namelijk een contract
met elkaar gesloten voor een kledinglijn. Je moet dan bijvoorbeeld
denken aan MP3-spelers of mobiele telefoons die in jassen of truien
verwerkt zijn.
"Het probleem dat de laatste jaren rondom een ingebed systeem
is ontstaan, is dat de complexiteit enorm hard is toegenomen",
vertelt Rensink. "Een ingebed systeem bestaat nu al uit miljoenen
transistoren. Dat kun je vergelijken met een stratenboek van de
gehele aarde, zo complex is dat van binnen."
Fouten voorkomen
Door de toename van de complexiteit werden er steeds meer
fouten tijdens het ontwerp gemaakt. "Het maken van fouten
in zo'n complex proces is onvermijdbaar, maar deze moeten op tijd
ontdekt worden. De ergste fouten zijn degene die je pas opmerkt
als een product op de markt gebracht is. Het uit de markt moeten
nemen van een product kost veel geld en is slecht voor de reputatie
van de fabrikant." Als voorbeeld van een fout die achteraf
ontdekt werd, noemt Rensink het ongeluk met de interliner die
de Eindhovense stationshal ramde, toen de bus onbestuurbaar werd.
Om zulke fouten te voorkomen en zo vroeg mogelijk te herstellen,
bevinden zich in een ontwerpproces van een ingebed systeem een
aantal analysestappen. Omdat het controleren voorheen voornamelijk
met behulp van simulatie gebeurde, kostte die analysestap ontzettend
veel tijd. "Simulatie wordt met name voor hardware gebruikt
en is tergend langzaam. De voortdurende complexiteitstoename zorgt
ervoor dat dit probleem steeds groter wordt. Een voorbeeld: Het
aanzetten van een mobiele telefoon, het power-up proces, duurt
ongeveer drie seconden. Het simuleren van dit proces kost elf
dagen."
Time-to-Market
"Simulatie is een goede analysetechniek, maar te traag
om een geheel ingebed systeem te controleren", vertelt Rensink
die duidelijk laat merken dat hij marktgericht gewerkt heeft.
"Time-to-Market is een essentiële term als het om elektronica
gaat. Vroeger gingen producten vijf tot tien jaar mee in vrijwel
ongewijzigde vorm, nu is de levensduur van producten veel korter
geworden. Een nieuw product blijft ongeveer zes maanden tot een
jaar op de markt. Als een bedrijf een paar maanden vertraging
op heeft gelopen bij de ontwikkeling van een product, is dat funest."
Ook al moet een product goed zijn, niet te duur, betrouwbaar en
een mooi design hebben, snelheid is volgens Rensink de dominante
factor voor winstgevendheid.
Op de voorkant van Rensinks proefschrift prijkt een zandloper.
"Je weet bij een zandloper altijd exact hoeveel tijd het
kost om het zand er doorheen te laten lopen. Fabrikanten zouden
het heel prettig vinden als zij van te voren ook de precieze doorlooptijd
van een ontwikkelproces zouden weten. Als een ontwikkelproces
altijd dezelfde doorlooptijd had, is het voor een fabrikant makkelijker
inschatten wanneer er met dat proces begonnen moet worden."
Er is nog een andere gedachte achter de zandloper. "Het zand
in de zandloper en het glas dat er omheen zit, zijn beide van
silicium gemaakt. Dat is ook de grondstof voor ASIC's, het belangrijkste
onderdeel van mijn onderzoek. Het is van exact hetzelfde materiaal,
maar het ziet er totaal anders uit."
Prototypering
De manier om het ontwerp van ingebedde systemen te controleren,
maar toch op tijd op de markt te brengen, is volgens Rensink prototypering.
"Prototypering vult het gat op tussen het uiteindelijke product
en simulatie. Het ingebedde systeem in het uiteindelijke product
is supersnel, maar heel slecht observeerbaar. Als er een fout
in zit, is het moeilijk te achterhalen waar de fout zich bevindt.
Tevens kost het veel tijd en geld om deze te herstellen. Een simulatie
is juist enorm observeerbaar en flexibel, maar ontzettend traag."
Om het gat hiertussen op te vullen, ontwikkelde Rensink prototypes
van ingebedde systemen in verschillende soorten elektronica. Prototypering
werd toegepast gedurende het ontwikkelproces van een DVB set-top
box, DVD-Video speler, 100 Hz TV Module en MPEG-2 video encoder.
De meeste
hardwaremodules die nodig zijn voor een prototype, waren al aanwezig.
Rensink heeft zich daarom vooral bezig gehouden met het ontwikkelen
van nieuwe ASIC's (Application Specific Integrated Circuits).
Flexibel
Volgens Rensink heeft prototypering aan aantal voordelen.
"Het is met behulp van een prototype mogelijk om vroegtijdig
het hele systeem samen te voegen en de functionaliteit te controleren.
Tevens kan met het prototype in real-time data verwerkt worden.
Dat heeft bijvoorbeeld als gevolg dat de controle van een power-up
proces van een mobiele telefoon, net zoals in de werkelijkheid
drie seconde duurt (in plaats van elf dagen bij simulatie)."
Het tweede voordeel is volgens Rensink dat door bij een prototype
de software en de hardware beide flexibel zijn.
"Daardoor kunnen fouten makkelijker en sneller gevonden en
verwijderd worden. Dit leidt tot ASIC's die na één
ontwerpslag functioneel correct zijn." Het effect van prototypering
in de praktijk is dat producten twee maanden sneller op de markt
gebracht kunnen worden.
Toekomst
Rensink ziet de toekomst positief tegemoet. "PLD's (Programmable
Logic Devices) vormen de snelst groeiende IC-technologie. Met
behulp van PLD's kan er met steeds minder bouwstenen een prototype
gemaakt worden. Ik voorzie verder dat programmeerbare hardware
in de toekomst in consumentenproducten terecht komt. Met de technologie
van PLD's is het mogelijk dat hardwarefuncties van consumentenelektronica
veranderd worden nadat het apparaat geproduceerd of verkocht is.
Dat betekent dat een fabrikant maar één type product
hoeft te ontwikkelen voor verschillende toepassingen. Door er
steeds andere hardware en software op te laten draaien kan de
fabrikant ermee op meerdere markten actief zijn."
Dat betekent dat consumenten volgens Rensink in de toekomst per
toepassing gaan betalen in plaats van per product. Je kunt dan
bijvoorbeeld een mobiele telefoon als digitale TV ontvanger gebruiken
als er andere hardware op gedraaid wordt. "Als je een PLD
dan als een stratenboek ziet, kunnen wegen steeds weer verlegd
worden."
Rensink vergelijkt onderdelen van zijn onderzoek regelmatig met
stratenboeken. "Ik ben veel op de weg en het is me opgevallen
dat het aantal verkeerslichten in Eindhoven de laatste jaren enorm
is toegenomen. Ik verdenk de gemeente Eindhoven er wel eens van,
sinds Philips uit de stad verdwenen is, dat ze de term 'lichtstad'
iets anders zijn gaan interpreteren."
Zelf is Rensink een andere weg ingeslagen. "Ik werk sinds
twee jaar als Business Development & Marketing Manager binnen
Philips Digital Networks. Hier vind ik vaak de relevantie van
mijn onderzoek terug. Time-to-Market is voor ons een zeer belangrijk
begrip. Het verkorten van de ontwikkeltijd met een aantal maanden
levert hier vele miljoenen guldens voordeel op."/.
