Embedded-Systeme entscheiden über die Wettbewerbsfähigkeit

Embedded-Systeme spielen bei der Digitalisierung in vielen Branchen eine entscheidende Rolle und sind in vielen Fällen bereits heute unverzichtbar. Die ‚Mini-Computer‘ bieten zahlreiche Vorteile und Funktionen, die die Effizienz, Flexibilität und Funktionalität in verschiedenen Industriezweigen verbessern. Die Basis für die Systeme sind kleine, leistungsstarke Computermodule, die in Applikationen und Infrastrukturen integriert werden können.

Ein gutes Beispiel ist das Schienennetz: Embedded-Systeme können hier verschiedene Aufgaben übernehmen, indem sie automatisieren, überwachen und optimieren, zum Beispiel bei der Weichenstellung. Embedded-Computermodule, die zusammen mit Sensoren in den Weichen installiert werden, erfassen Daten über den Zustand der Weiche, unter anderem Temperatur, Belastung und Position. Darüber hinaus sind die Systeme dazu in der Lage, die Daten in Echtzeit an zentrale Sammelstellen zu übertragen. Dies geschieht zum Teil mit drahtlosen Kommunikationstechnologien wie 4G oder 5G. Mithilfe von Algorithmen können die Daten analysiert und für die Überwachung und Wartung der Weichen genutzt werden. Probleme und potenzielle Störungen werden so frühzeitig erkannt.

Zusätzlich ermöglichen Embedded-Systeme die Wartung aus der Ferne. Software-Updates können ohne großen Aufwand durchgeführt und potenzielle Sicherheitslücken geschlossen werden. Dies alles hilft dabei, Abläufe zu automatisieren und den Betrieb zu optimieren – und kompensiert zumindest teilweise den immer größer werdenden Mangel an qualifizierten Fachkräften. Das Schienennetz ist nur ein Anwendungsbeispiel von vielen. Auch in anderen Branchen wie der Sicherheitstechnologie oder der Energieversorgung sind schnelle und präzise Reaktionen auf Ereignisse von größter Bedeutung. Embedded-Systeme ermöglichen auch hier Echtzeitverarbeitung, wodurch automatisierte Entscheidungen in Bruchteilen von Sekunden getroffen werden können. Dies ist insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen wie der Überwachung von öffentlicher Infrastruktur oder anderen Sicherheitssystemen von hoher Relevanz.

Die Anforderungen an Embedded-Systeme sind also hochkomplex und anspruchsvoll. Aus diesem Grund sind die Systeme häufig maßgeschneiderte Lösungen, die für einen bestimmten Anwendungsfall entwickelt werden. Das ist in vielen Fällen auch richtig, solange die Lösungen nicht im industriellen Maßstab skaliert werden müssen.

Warum es sinnvoll ist, Embedded-Computermodule zu standardisieren

Sobald Produkte oder Lösungen in hohen Stückzahlen von mehreren Tausend oder Zehntausend Einheiten produziert werden sollen, stellt sich die Frage, ob spezialisierte Embedded-Systeme die Anforderungen dafür erfüllen. Häufig lautet die Antwort aus betriebswirtschaftlicher Sicht ‚Nein‘. Denn für immer mehr Anwendungen müssen Embedded-Systeme skalierbar sein. Das bedeutet, dass sie in hohen Stückzahlen nicht nur kosteneffizient und flexibel sein müssen, sondern auch platzsparend und dennoch hoch performant.

Diese zusätzlichen Anforderungen ergeben sich aus der rasanten Entwicklung und Verbreitung des Internet of Things (IoT), in dem Milliarden von Geräten miteinander kommunizieren. Der Markt für IoT boomt. Nach Schätzungen von Statista beträgt das aktuelle Marktvolumen allein in Deutschland fast 30 Milliarden Euro und soll bis 2028 auf über 50 Milliarden Euro wachsen. Die Anwendungsfelder reichen von der Industrie 4.0, Robotik, Luft- und Raumfahrt bis zur Medizin- und Sicherheitstechnik. Vereinfacht gesagt: Die Anzahl der Datenpunkte und Daten, die durch Embedded-Systeme erfasst, analysiert und gesteuert werden können, wächst ins Unermessliche.

Blickt man jedoch auf die digitale Wettbewerbsfähigkeit, zeichnet sich im Ländervergleich ein durchwachsenes Bild. Deutschlands Organisationen und Unternehmen liegen laut Statista im weltweiten Vergleich nur auf Platz 19. Für die drittgrößte Volkswirtschaft der Welt ist das kein zufriedenstellendes Ergebnis. Um sich in einem immer hochtechnisierteren Umfeld des IoT und der KI zu behaupten, müssen Unternehmen unterschiedlichster Branchen also noch stärker digitalisieren. Um wettbewerbsfähig zu sein, sollten sie das möglichst effizient tun und dabei auf die Skalierbarkeit achten.

Eine Lösung sind Embedded-Computermodule, die standardisiert sind. Denn das IoT erfordert Rechnerhochleistung auf engstem Raum. Bisher sind die Embedded-Computermodule, also die Hardware der Embedded-Systeme, noch nicht ausreichend darauf ausgerichtet. Entweder machen sie Abstriche bei der Leistung und Skalierbarkeit oder bei der Miniaturisierung.

Als erster Anbieter weltweit haben wir bei iesy deshalb einen Hochleistungsprozessor in ein standardisiertes Modul auf OSM-Basis integriert. ‚OSM‘ steht für den Standard ‚Open Standard Module‘, der von dem internationalen Fachverband ‚Standardization Group for Embedded Technologies (SGET)‘ entwickelt wurde. Insgesamt umfasst die OSM-Baureihe vier verschiedene Formfaktoren. In Kombination mit einem Intel-Prozessor aus der Intel-Elkhart-Lake-Reihe ist bei iesy so das weltweit kleinste standardisierte x86-Embedded-Computermodul entstanden. Der eingesetzte Elkhart-Lake-Prozessor gibt dem neuen Modul die notwendige Leistungskraft für anspruchsvolle Rechneraufgaben im IoT-Umfeld. Das Modul braucht für über 660 Kontaktpunkte nur 45 x 45 Millimeter Platz und ist daher klein, leistungsstark und robust.

Für industrielle, skalierbare High-Performance-Anwendungen sind standardisierte Embedded-Computermodule ein großer Mehrwert. Die Integration von standardisierten Modulen kann Entwicklungskosten senken und die Time-to-Market verkürzen. Die Module können außerdem automatisiert weiterverarbeitet werden, was ebenfalls Kosten spart. Bei hohen Stückzahlen ist diese Kosteneffizienz ein entscheidender Wettbewerbsvorteil für alle Unternehmen, die sich in einem industriellen IoT-Umfeld behaupten müssen.