Interview: Der Trend geht zum SoPC

FPGAs bieten bei hoher Rechenleistung und industriefähigen Betriebsparametern den Vorteil der hohen Flexibilität im Entwurf. »Systems on a Programmable Chip« (SoPCs) lösen anspruchsvolle Aufgaben trotz kleiner Stückzahlen hoch integriert auf einem Chip.

FPGAs werden für die Automatisierungsbranche immer interessanter. Ihre Leistungsfähigkeit wurde auf der letzten SPS/IPC/Drives dem breiten Publikum durch den Kickroboter demonstriert (ausführlicher Bericht in der Elektronik 2008, Heft 24, S. 42 ff), der auf Basis eines Standard-FPGA-Evaluation-Boards realisiert wurde. Im Vorfeld der diesjährigen SPS/IPC/Drives sprach Elektronik-Redakteur Dr. Jens Würtenberg mit Frank Förster, der beim FPGA-Anbieter Altera weltweit für das Market Development im Bereich Industrielle Automatisierung verantwortlich zeichnet, über die Aussichten der FPGAs in diesem »neuen« Marktsegment.

Herr Förster, sehen Sie die derzeitigen Markt- und Technologietrends als Problem oder als Chance für die Automatisierungsindustrie?

Frank Förster: Wir sehen derzeit folgende wichtige Trends im Automatisierungsmarkt:

• Feldbus-Vernetzung als wichtiger Marktbereiter für die Hersteller von Automatisierungs-Komponenten
• Funktionale Sicherheit wird für viele der Automatisierungs-Hersteller ein Muss
• Die eigentliche Automatisierungskomponente bietet langfristig immer weniger Möglichkeiten zur Differenzierung. Viele Hersteller werden dadurch gezwungen den Schwerpunkt ihrer Entwicklungs-Ressourcen in Richtung Applikations-Entwicklung zu verlegen.

Vor diesem Hintergrund sehen wir gute Möglichkeiten für die europäischen Hersteller, denn Europa ist ohne Zweifel führend bei der Feldbus-Vernetzung. Der Großteil der entsprechenden Standards wird hier in Europe definiert und diese Standards dominieren auch neue Wachstumsmärkte wie China. Allerdings stellt die Integration der vielen verschiedenen Standards in Kombination mit funktionaler Sicherheit eine Herausforderung dar. Wir haben bei unseren Kundengesprächen jedoch den Eindruck bekommen, dass diese Herausforderungen von den meisten europäischen Herstellern sehr gut adressiert werden, mit guten Chancen auf dem Weltmarkt.

Spätestens ab dem 29.12.2009 führt kein Weg an der neuen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG mehr vorbei. Die Anwendung der neuen Maschinenrichtlinie ist dann Gesetz. Ist Europa gerüstet für die neuen Sicherheitsvorschriften?

Wir können zwei Klassen von Unternehmen ausmachen:
Die Anbieter von Komplettlösungen für die Automatisierung, die beispielsweise über umfassende Feldbus-Expertise verfügen oder gar eigene Feldbusstandards definiert haben, sind gut vorbereitet. Gleiches gilt für Unternehmen die sich schon immer schwerpunktmäßig mit Sicherheitskomponenten und -kriterien befassen.

Anders sieht es bei Herstellern aus, die im Wesentlichen im OEM-Geschäft tätig sind und oft nicht genau wissen, welche Endanwendung sie mit ihren Produkten adressieren. Hier gibt es sicherlich noch Nachholbedarf in Sachen funktionale Sicherheit. Die größten Bedenken bestehen bei den Maschinenherstellern. Obwohl gerade sie von der neuen Maschinenrichtlinie am direktesten betroffen sind, sind einige Hersteller nicht so vorbereitet wie sie es sein sollten. Das eröffnet wiederum eine große Chance für die Anbieter von Automatisierungs-Komponenten, Mehrwert in die Maschinen einzubringen und sich vom Wettbewerb zu differenzieren.

Was ein standardisiertes offenes System wie Ethernet so attraktiv macht, ist, dass der Hersteller von Automatisierungsgeräten Komponenten wie z.B. Standard-Mikrocontroller zu einem lauffähigen System kombinieren kann. Sind damit Ihre Kunden mit Standardlösungen nicht besser bedient, als mit dem Risiko einer Eigenentwicklung?

Eine derartige Entscheidung ist nicht trivial und wird durch mehrere Parameter beeinflusst: Bedingt durch Kosten-, Platz- oder Energieeffizienz-Vorgaben geht der Trend dahin, SoC-Lösungen zu generieren, die alle erforderlichen Funktionen einer Automatisierungskomponente auf einen Chip oder in einem Modul integrieren. Zudem können die vielfältigen industriellen Anforderungen nicht mit einer Standard-Lösung erfüllt werden, denkt man nur daran, dass Standard-Ethernet weit von der Leistungsfähigkeit eines Echtzeit-Ethernet-Systems entfernt ist. Hier bieten FPGAs erhebliche Vorteile bzgl. der Integration von industriespezifischen Funktionseinheiten wie zum Beispiel die Feldbusvernetzung. Gerade im Feldbus-Bereich wird dieses Szenario durch die verschiedenen Nutzerorganisationen und Standards bereits sehr gut adressiert. Hier bietet sich die Programmierbare Logik als ideale Technologie für flexible und skalierbare SoC-Lösungen an, die auch proprietäre Peripherie berücksichtigen.

Automatisierungshersteller suchen nach Mainstream-Architekturen mit weitgehender Wiederverwendbarkeit von Hard- und Software, langer Verfügbarkeit und einheitlichen Plattformen für verschiedene Produkte. Welchen Einfluss hat dies auf Lösungen wie ASICs oder ASSPs?

Es ist richtig, dass die IP-Migration, der Investitionsschutz und die Produkt-Differenzierung wichtige Kriterien im Automatisierungsmarkt sind. ASICs waren in der Vergangenheit eine sinnvolle Technologie, um diesen Anforderungen zu entsprechen, da sie die volle Kontrolle durch den Anwender bieten. Heute hat sich jedoch die ASIC-Technologie bedingt durch die immensen NRE-Kosten und die Einschränkungen bezüglich Time-to-Market und Flexibilität weit von den Wünschen des Industriemarktes entfernt. ASSPs haben dagegen die Ansprüche des Industriemarktes nie wirklich erfüllt, da sie für hoch volumige und kurzlebige Anwendungen wie bei Konsumgütern ausgelegt sind und somit nicht gut die Anforderungen der Industrie an lange Lebenszyklen und industriespezifische Schnittstellen adressieren. Bei Mainstream-Architekturen sehen wir einen klaren Trend zu Industrie Standard Architekturen (ISAs) mit Software-getriebenen Ecosystemen, die auch die entsprechenden Second-Source-Optionen bieten.

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