Intensiteit embedded software neemt explosief toe

[publication:679]

© 2004 Elektronica + embedded systems

“Toch mis ik de businesscase in die onderzoeksprojecten,” laat de hoogste technologiebaas van Philips, chief technology officer Ad Huijser zich ontvallen,“ze zijn erg op techniek gebaseerd. Maar ik begrijp het wel, ik weet waar ze vandaan komen.”

Maarten Legius

Het is vrijdagmiddag 8 oktober, en Huijser staat van een koud glas bier te genieten op het terras van een congrescentrum in het voor het jaargetijde ongewoon warme Spaanse Sevilla. Hij heeft net zijn drukbezochte keynote-speech achter de rug voor Europese onderzoekers van technologiebedrijven als Thomson, Philips, Siemens, Bosch en Volvo. Zij zijn voor de vijfde maal bijeen om tijdens een symposium van twee dagen elkaar bij te praten over hun gezamenlijke onderzoek in software-intensieve systemen, dat onder de naam Itea (information technology voor European advancement) is gestart in 1999. In die tijd was Huijser nog directeur van Philips Research, dat ook enkele tientallen deelnemers naar Sevilla heeft afgevaardigd.

De deelnemende bedrijven hebben gemeen dat ze donders goed beseffen dat ze niet ontkomen aan de trend van digitalisering. En het is om het even wat voor producten worden gemaakt. Of dat nu medische apparaten, auto's, mobiele telefoons,vaatwassers,copiers, lithografiemachines of elektronenmicroscopen zijn, het aandeel software in die apparaten en machines, zowel uitgedrukt in kilobytes als ontwikkelgeld, neemt gestaag toe. Het feit dat de onderliggende hardware alsmaar sneller en goedkoper wordt, versnelt deze trend alleen maar. In zijn keynote haalt Huijser met de ontwikkeling van een kleuren-TV een voorbeeld uit eigen huis aan: “Zelfs in een simpele analoge TV zit al 2 megabyte software en de omvang van die software stijgt exponentieel.”

En daar heeft Huijser meteen een waarschuwing voor zijn toehoorders in petto. “De behoefte aan software groeit explosief, maar de productiviteit in software doet dat niet. Er ontstaat een kloof tussen die twee. Er bestaan simpelweg niet genoeg softwareontwikkelaars. Bovendien neemt de complexiteit van die software toe met de omvang.” Later relativeert Huijser deze uitspraak door te stellen dat Philips nog steeds kan maken wat ze van plan is om te maken.“Wel is er steeds meer behoefte aan productiviteitsverhogende technologie, zoals het hergebruik van softwarecomponenten en de ontwikkeling van generieke platformen.” Verder kan de complexiteit van systemen verminderen door standaardhardware te gebruiken. “Maar daar staat weer tegenover dat de performance van het systeem juist zal toenemen met op maat gemaakte hardware.” Zaak is een optimum te bereiken voor wat betreft kosten, complexiteit, flexibiliteit en prestatie. “Daarom is één van onze nieuwe bedrijven, Silicon Hive in Silicon Valley, bezig zich af te vragen hoe je silicium kunt herconfigureren voor nieuwe taken, in plaats van telkens nieuwe chips te bouwen.”

Vier technologieclusters

Doel van Itea is de Europese industrie naar een leidende positie te manoeuvreren op het gebied van softwareintensieve systemen, ook wel aangeduid als embedded systemen. Hiertoe tracht de organisatie met behulp van roadmaps de evolutie van de applicaties in de diverse domeinen, waaronder automotive, mobiele communicatie en consumentenelektronica, in kaart te brengen. Op grond van die prognoses wordt afgevraagd welke technische bouwstenen en gereedschappen noodzakelijk zijn om die applicaties te bouwen. Vervolgens worden onderzoeksvoorstellen geselecteerd die in die behoefte aan technologie en tools zouden kunnen voorzien. In 2000 is voor de eerste maal een dergelijke roadmap gepubliceerd. Afgelopen mei zag de tweede editie het levenslicht,waar meer dan 60 deskundigen in gestructureerde praatsessies aan hebben bijgedragen. De nieuwe roadmap presenteert haar bevindingen rond vier technologieclusters.

Het eerste cluster betreft ‘content'. Onder content wordt alles verstaan wat binnen een systeem of tussen systemen wordt uitgewisseld. Het wordt verwerkt, opgeslagen, gemanaged en getransformeerd. Content varieert van eenvoudige analoge signalen tot enorme hoeveelheden multimediale data; van de enkele bytes die nodig zijn om een lamp aan te schakelen tot de miljarden bytes die om de hoek komen kijken bij bijvoorbeeld machine vision. Het zal geen verbazing wekken dat de hoeveelheid content snel groeit. ‘We betreden het tijdperk van hoge-kwaliteit, hoge-resolutie multimediastromen, de meest uitdagende en systeembelastende vorm van content die we kennen,' zo valt in de roadmap te lezen.

‘Infrastructure en basic services' is het tweede technologieveld dat onderzoek behoeft. Simpel gezegd gaat het om netwerken en alle protocollen, transportmechanismen en netwerkdiensten die daar bij nodig zijn.Omdat men verwacht dat straks alles met alles in verbinding staat, evolueren de netwerken van een relatief eenvoudige infrastructuur voor datatransport naar netwerkdiensten, met zaken als afrekenmechanismen, gegevensopslag en profilering als extra services. De netwerken moeten tegelijkertijd eigendoms- en toegangsrechten kunnen managen, de privacy kunnen garanderen en last but not least veilig zijn. Veilig heeft in deze overigens een dubbele betekenis. Data mag alleen die personen bereiken die geautoriseerd zijn en daarnaast moet die data volledig en correct zijn.

Nummer drie uit Itea's techologie-top-4 betreft het onderwerp ‘humansystem interaction'. Hoe bouw je gebruiksvriendelijke interfaces op apparaten waarvan de functionaliteit voor een belangrijk deel op software is gebaseerd. Het valt nu al niet mee een elektronische thermostaat in te stellen en veel functies van een mobiele telefoon worden nooit gebruikt. En als er in de autobladen al wordt geklaagd over een nieuwe bolide van BMW, betreft het vaak de bediening van en interactie met de boordcomputer. En in een omgeving waar apparaten – ja, ook de auto – meer en meer onderdeel worden van een netwerk en gegevens gaan uitwisselen met hun omgeving, wordt het gevoel geen controle te hebben steeds groter. Itea onderkent dit probleem en heeft het uiteraard als een uitdaging gedefinieerd:“Onze uitdaging is de gebruikers het gevoel terug te geven dat zij controle hebben over de systemen en niet andersom.” Itea is namelijk – terecht – van mening dat gebruikers in toenemende mate dat gevoel verliezen. Hier ligt een niet geringe taak dat proces tot stoppen te brengen en om te keren.

Tot slot heeft Itea ‘engineering' benoemd als nader te onderzoeken technologiecluster. Hier gaat het over de gereedschappen en methodieken die nodig zijn om de applicatie te kunnen bouwen. Omdat de systemen steeds complexer worden, wordt niet alleen de realisatie van deze software en hardware steeds moeilijker, maar ook het onderhoud van de systemen ondergaat dramatische veranderingen. Volgens de onderzoekers bestaat er een toenemende spanning tussen de ontwikkelkosten en snelheid van ontwikkelen (time-to-market) enerzijds, en de kwaliteit en doeltreffendheid van de producten anderzijds. De effectieve ontwikkeling van efficiënte, betrouwbare en veilige systemen behoeft nog veel onderzoek naar nieuwe notatiemethoden, ontwikkelmethodieken, implementatietechnieken, procesrichtlijnen en onderhoudsondersteuning. Dat op al deze vlakken een achterstand bestaat, wijten de onderzoekers aan het feit dat de ontwikkeling van embedded software nog een relatief jonge discipline is. “Software-ontwikkeling wordt nog steeds meer gezien als een kunst dan als een volwassen ontwikkeldiscipline,” aldus de roadmap. Een lachende Huijser ziet dat ook niet snel veranderen. “Als je het mij vraagt blijft software bouwen voorlopig gewoon een kwestie van debuggen.”

Het karakter van software

De tweede roadmap van Itea bevestigt voor een belangrijk deel de conclusies uit de eerste roadmap uit maart 2001. Toen werd al voorspeld:“Onze technologische omgeving zal steeds meer bestaan uit applicaties in netwerken, die bovendien in toenemende mate autonoom functioneren en steeds meer zichzelf organiseren.”Daarmee wordt bijvoorbeeld concreet bedoeld dat de eindgebruiker van producten steeds minder expliciete handelingen hoeft te verrichten, maar dat zijn mobiele telefoon zelf de aanwezigheid van een bluetooth-station herkent, zijn machines zelf de onderhoudsbehoefte monitoren en doorgeven aan een servicebedrijf en dat zijn auto automatisch terugschakelt als er een auto van rechts nadert.

In de drie jaar tussen de eerste en de tweede roadmap is een aantal fundamentele zaken duidelijker onder het voetlicht gekomen. Vooral het speciale karakter van software, namelijk de relatief hoge kosten om die te ontwikkelen tegenover de lage kosten van vermenigvuldigen, vraagt aandacht van de onderzoekers. In de fysieke wereld van bouten en moeren waar we tot nu toe mee te maken hadden, gelden immers andere wetten. Daarnaast verbazen de onderzoekers zich over de veelomvattendheid van software en de wijde verbreiding.

Dat vergt een omslag in de manier waarop die software moet worden gebouwd.“We zijn getraind om oerdegelijke piramides of kathedralen van software te bouwen,” zo concluderen de onderzoekers in de meest recente roadmap, “binnen gerespecteerde en traditionele organisaties, onder de leiding van één architect en één hoofdaannemer.” In de nieuwe situatie is er echter sprake van een grote hoeveelheid spelers, die onderdelen maken van een groter geheel, en dus een bepaalde dynamiek met elkaar hebben, maar tegelijkertijd uiterst divers kunnen zijn en zelfs antagonistisch. De vraag is hoe deze nieuwe werkelijkheid van breekbare samenwerking de volgende vier aspecten zich zullen verhouden, zo besluit de roadmap: “respect voor intellectueel eigendom, de aanvaarding en ontwikkeling van open standaarden, de onderkenning van productaansprakelijkheid en een snelle toegang tot de markt.” Als het aan Itea ligt, ligt er nog voldoende werk om een eventuele tweede termijn vol te maken.