Choisir le point de départ de la conception de systèmes embarqués

Optez pour un système sur module (SOM) lorsque votre produit industriel doit être commercialisé rapidement, bénéficier d’un support technique pendant 10 ans ou plus, et être produit en volumes modérés. Un SOM est particulièrement adapté lorsque votre équipe ne dispose pas d’une expertise approfondie en matière de conception de circuits à haute vitesse, de conception RF, de démarrage sécurisé ou de maintenance Linux à long terme. L’approche « chip-down » n’est généralement pertinente qu’en cas de volumes très élevés, de contraintes extrêmes en termes de taille ou de consommation d’énergie, ou lorsque vous disposez d’une équipe dédiée et expérimentée en matière de matériel et de sécurité.

Les principaux avantages d'un système sur module destiné à l'IoT industrielle sont une mise sur le marché plus rapide, une réduction des risques liés à l'ingénierie et un coût de cycle de vie moindre. Le processeur, la mémoire et le système de gestion de l'alimentation sont fournis intégrés et testés. Le développement logiciel peut débuter dès le premier jour, et votre carte porteuse peut être plus simple. L'approvisionnement en composants géré par le fournisseur et la planification de l'obsolescence réduisent également les risques d'approvisionnement à long terme.

Avec l'approche « chip-down », vous maîtrisez tout : schémas, conception, BSP, sécurité, certification et approvisionnement. Avec un SOM, vous maîtrisez la carte porteuse, le logiciel d'application et la conformité au niveau du produit. Avec un ordinateur monocarte (SBC), vous maîtrisez principalement le boîtier, l'application et l'intégration. Les SBC conviennent au prototypage rapide et aux preuves de concept, les SOM aux produits industriels différenciés, et l'approche « chip-down » aux très grands volumes.

Le matériel sur mesure (à partir de la puce) vous offre un contrôle total sur chaque composant, mais vous rend responsable de la conception, des tests, de la certification et de la maintenance technique. Les modules embarqués prêts à l'emploi fournissent un sous-système de calcul pré-intégré et pré-testé, ce qui vous permet de vous concentrer sur l'application et la carte porteuse. Le choix approprié dépend du volume, du calendrier, de l'expertise de l'équipe et du coût global du cycle de vie du produit.

Oui. De nombreuses équipes valident le produit et le marché sur un SBC ou un SOM, puis décident ultérieurement si le volume justifie une refonte vers une puce intégrée. Commencer par un SOM rend cette étape ultérieure moins risquée, car les choix logiciels et architecturaux sont conservés. Cette approche fonctionne particulièrement bien lorsque la gamme de SOM repose sur des puces standard, telles que les processeurs NXP ou STMicroelectronics, et partage la même pile logicielle.

Cela dépend de l'expérience de l'équipe et de la complexité du produit, mais le périmètre est presque toujours plus vaste que prévu. Une approche « chip-down » implique plusieurs mois de conception schématique, de mise en page, de mise en service et de débogage, auxquels s'ajoutent la création du BSP, la mise en œuvre des mesures de sécurité et le développement des tests. Un module pré-intégré permet de raccourcir le calendrier, car les travaux matériels et logiciels peuvent être menés en parallèle plutôt qu'en série.

Au-delà du coût de la nomenclature (BOM), les projets de conception de puces impliquent des coûts d'ingénierie non récurrents (NRE), des cycles de prototypage et de révision, la certification et la mise en conformité, le développement de tests de fabrication, la montée en régime de rendement, ainsi que la maintenance continue des logiciels et de la sécurité. Ils comportent également des risques liés à l'obsolescence et à la refonte. Sur un cycle de vie de 10 ans, les coûts post-lancement peuvent égaler, voire dépasser, l'investissement initial de développement.

Partez de composants éprouvés plutôt que d’une page blanche. Utilisez un SOM pré-testé, un BSP Linux validé, des conceptions de cartes porteuses de référence (schémas, fichiers Gerber et nomenclatures) ainsi que des kits de développement afin que les équipes logicielles puissent travailler sur du matériel cible réel alors même que la carte porteuse est encore en cours de conception. Modélisez le coût total de possession, prévoyez les aspects liés à la sécurité et à la conformité, et choisissez une plateforme offrant un délai de disponibilité garanti.

Comparez le surcoût du module sur l’ensemble de son cycle de vie aux économies réalisées sur ce même cycle, ainsi qu’à la valeur d’un lancement anticipé, et non pas la nomenclature (BOM) par rapport à la nomenclature. Tenez compte des coûts de développement (NRE), des révisions de conception, de la certification, des tests de fabrication, des correctifs de sécurité, de la gestion de l’obsolescence, ainsi que de la marge brute à laquelle vous renoncez pour chaque mois de retard. Dans l’exemple illustratif présenté dans cet article, le surcoût du module a été compensé par les coûts évités jusqu’à ce que les volumes atteignent environ 29 000 unités par an. Vos chiffres seront différents.

Comme la même plateforme de calcul est utilisée de la phase d'évaluation jusqu'à la production, il n'y a pas de surprise liée au changement de plateforme en fin de programme. Une SOM simplifie également la carte porteuse, avec moins de couches, un routage haute vitesse moins contraignant et une nomenclature plus courte. Les tests de production peuvent se concentrer sur votre carte porteuse et votre application, ce qui tend à améliorer le rendement dès le premier passage et à raccourcir la transition entre la phase pilote et la production en série.

Les modules radio pré-certifiés allègent considérablement la charge de travail liée à la certification des radios, qui constitue souvent un facteur déterminant en termes de délais et de coûts. À elle seule, la complexité de la conception des radios peut constituer un obstacle insurmontable en l’absence de compétences techniques de base en radiofréquence. Les modules SOM sans fil d’ Digi ConnectCore intègrent des technologies Wi-Fi et Bluetooth pré-certifiées, ce qui permet à votre équipe de consacrer moins de temps aux essais en laboratoire et aux procédures d’homologation réglementaires.

Il s'agit d'un module de calcul qui intègre le processeur, la mémoire, la gestion de l'alimentation et les modules radio sans fil sur une seule carte testée. Les modules SOM sans fil « Digi ConnectCore » intègrent des technologies Wi-Fi et Bluetooth pré-certifiées, ainsi que des interfaces permettant d'ajouter une connectivité cellulaire sur la carte porteuse. Vérifiez auprès de Digi le périmètre de certification de toute conception cellulaire, y compris les exigences des opérateurs et les spécificités régionales, avant de finaliser votre projet.

Ces coûts varient considérablement selon la région, l'opérateur et la conception ; il n'existe donc pas de chiffre unique. Les coûts liés à la certification et à la conformité (exigences en matière de radio, de sécurité et spécifiques au secteur) doivent figurer comme poste distinct dans votre modèle de coût total de possession. Un module pré-certifié allège la charge qui pèse sur votre équipe. Demandez des devis actualisés à votre laboratoire de certification et à votre fournisseur de modules.

Des réglementations et des cadres tels que la loi européenne sur la cyber-résilience, les exigences en matière de cybersécurité de la directive européenne relative aux équipements hertziens et la norme CEI 62443 imposent aux fabricants la responsabilité de concevoir des produits sécurisés, de suivre et de signaler les vulnérabilités, ainsi que de fournir des mises à jour de sécurité tout au long de la période de support. Concrètement, cela implique un démarrage sécurisé et authentifié, un stockage chiffré, des mises à jour OTA (Over-the-Air) signées, une liste des composants logiciels (SBOM), une surveillance des vulnérabilités et une identité de l'appareil ancrée dans le matériel.

Digi TrustFence offre un démarrage sécurisé, un stockage chiffré, des ports protégés, l'authentification des appareils et des mises à jour sécurisées du micrologiciel dès le premier prototype. ConnectCore Security Services ajoute la génération de SBOM, l'analyse des vulnérabilités et la génération automatisée de rapports CVE, le tout associé à des services cloud pour le déploiement des correctifs. Digi présente cette combinaison comme répondant aux exigences de l'annexe I de la CRA, mais vos obligations de conformité restent à votre charge ; veillez donc à ce que votre équipe chargée de la conformité procède à la validation.

Évaluez sept facteurs : les besoins en puissance de calcul (cœurs, cœur temps réel, GPU, NPU), la marge de manœuvre prévue dans la feuille de route, la connectivité intégrée, les fonctionnalités de sécurité intégrées au niveau de la puce, l’environnement d’exploitation, la disponibilité et les délais d’assistance, ainsi que le format et les prévisions de volume. Digi propose un outil de comparaison permettant d’affiner la sélection. Une conception surdimensionnée augmente les coûts et la consommation d’énergie, tandis qu’une conception sous-dimensionnée peut obliger à une refonte à mi-cycle de vie.

Recherchez des options de plage de températures étendue, des indices de résistance aux chocs et aux vibrations, une vérification de la fiabilité et un format robuste. Digi conçoit des modules SOM ConnectCore adaptés aux conditions industrielles, notamment avec des plages de températures étendues et des tests de fiabilité tels que la norme CEI 60068 et les essais HALT sur les modèles actuels. Le format Digi SMTplus à montage en surface est conçu pour les environnements exigeants et l'assemblage automatisé.

Renseignez-vous auprès de n'importe quel fournisseur sur la fenêtre de disponibilité garantie, le processus d'achat de dernière chance, la gestion des avis de fin de vie et la stratégie de migration vers un composant de remplacement. Avec un contrat SOM, l'approvisionnement en composants, le suivi de l'obsolescence et la planification du cycle de vie sont confiés à un fournisseur dont l'activité principale est précisément celle-là. Avec le modèle « chip-down », chaque composant de votre carte relève de votre responsabilité.