Wally Rhines is voorzitter en CEO van Mentor Graphics.

2 December 2013

Bij het ontwikkelen van een hightech product blijkt het in de praktijk lastig voor ontwikkelteams om buiten de eigen expertise te stappen. Expertises zitten elkaar regelmatig in de weg, met name als bedrijven groter worden. Mentor Graphics-CEO Wally Rhines ging op zoek naar manieren om de barrières te slechten.

Voor vrijwel ieder hightech product is een robuuste set vaardigheden nodig bij de ontwikkeling. Dit varieert van mechanisch en elektrisch ontwerp tot softwareontwikkeling en systeemintegratie. Bedrijven brengen deze experts bijeen onder één dak.

Maar ook al werken ze voor dezelfde onderneming, dat betekent nog niet dat ze effectief samenwerken. De systeemontwerper wordt typisch gefrustreerd door de IC-ontwerper die beweert dat de systeemarchitectuur niet geschikt is voor siliciumimplementatie. De bordontwerper wordt typisch moedeloos van de systeemarchitectuur en moet de volledige last van timing en power closure dragen met beperkte uitwijkmogelijkheden door eerdere architectuurbeslissingen. En we hebben allemaal wel eens de legendarische organisatorische scheiding ondervonden tussen hardware- en softwareontwikkeling en de felle strijd tussen die twee kampen.

Mentor Wally Rhines 02

Bestaat er een oplossing om de grenzen tussen de expertisedomeinen te overschrijden? Ik ben op zoek gegaan naar voorbeelden van producten en organisaties die de multidisciplinaire integratie uitstekend hebben weten in te vullen. Hieronder een kort overzicht van de bevindingen die ik na jarenlange ervaring uit de industrie kan destilleren.

Verschuivingen in ontwerp en fabricage

Een goede 25 jaar geleden hadden nagenoeg alle halfgeleiderbedrijven hun eigen productiefaciliteit. Vrijwel iedereen was een integrated device manufacturer (IDM). Daar hoorde bij dat bij elke nieuwe technologiegeneratie heftige discussies ontstonden tussen de ontwikkel- en productieafdelingen: ontwikkelaars wilden producten ontwikkelen met de beste prestaties, het laagste vermogen en de kleinste afmetingen, productie-engineers wilden fabriceerbare chips met hoge opbrengst. Moesten de ontwerpregels voor de volgende procesgeneratie agressief geoptimaliseerd worden voor afmetingen en compacte verdelingen van de elektrische eigenschappen, of moesten ze wat vergevingsgezinder zijn om een goede opbrengst te realiseren ondanks procesvariatie?

 advertorial 
Benelux RF Conference 2023 - PhD pitches

PhD pitches at the Benelux RF Conference

Learn about the latest trends and developments in high-end RF techniques. On 24 May, the Benelux RF Conference will take place in Nijmegen. New this year are the PhD pitches, in which young professionals present their research results. Make sure to reserve your seat in time and register now.

Uiteindelijk werd de beslissing meestal overgelaten aan het management. Ik heb 21 jaar voor Texas Instruments gewerkt en het kwam geregeld voor dat ik dit soort kwesties moest oplossen. Aangezien het bijzonder lastig is om de argumenten van beide partijen te analyseren, werd er vaak een arbitraire keuze gemaakt: split the difference. Niemand was er gelukkig mee, maar we konden weer verder met het volgende onderwerp.

De afgelopen 25 jaar heeft de halfgeleiderindustrie echter een grote verandering doorgemaakt. Productgroepen kunnen de fabricage nu uitbesteden aan foundry’s. Het machtsevenwicht, traditioneel bepaald door beleidsbeslissingen en arbitraire compromissen, verschoof hierdoor naar een situatie waarin de vrije markt bepaalt. De foundry’s raakten verwikkeld in een agressieve onderlinge concurrentiestrijd rond de beste ontwerpregels tegen de laagste prijzen. Fabless bedrijven evalueerden de foundry’s en ontwikkelden goede relaties om het wederzijds succes te verbeteren.

Dit is een van de succesfactoren van het foundrymodel. Het aandeel wafers dat afkomstig is van de foundry’s is exponentieel toegenomen en bedraagt nu meer dan twintig procent van de totale omzet uit IC’s.

Start-upmentaliteit

Een intrigerende vraag is hoe het kan dat start-ups en kleine bedrijven kunnen concurreren met grote gevestigde ondernemingen. Ik durf wel te beweren dat dit komt doordat ze te klein zijn voor specialisatie. Een enkel persoon of enkele groep werkt aan de verschillende aspecten van een probleem. Er is een brede acceptatie en samenwerking, met name over de grenzen van specialismen heen. Bovendien is er bereidheid de verantwoordelijkheden te verschuiven als dat nodig is.

Start-ups hebben ook een voordeel bij het definiëren van producten. Soms beschikken de componentontwikkelaars over systeemexpertise. Belangrijker is dat ze de barrières overbruggen die binnen grote bedrijven communicatie in de weg staan of waar door de ‘brekingsindex’ informatie verloren gaat.

Organisaties die binnen een bedrijf mee moeten denken over de productontwikkeling zoals marketing en sales bieden klantenfeedback die de huidige oplossing lineair extrapoleert naar de toekomst: sneller, beter, goedkoper. Maar echt innovatieve producten komen pas tot stand wanneer de sleutelpersoon die de trukendoos van de onderneming begrijpt nauw samenwerkt met de sleutelontwikkelaar die zijn behoeftes snapt, en niet zijn wensen. In grotere organisaties spreken deze twee personen zelden met elkaar vanwege de barrières en de beschikbaarheid; de belangrijkste systeemontwerper heeft geen tijd om met ‘verkopers’ te praten, de belangrijkste componentontwikkelaar is te belangrijk voor de huidige ontwikkelprojecten om te overleggen met ‘klanten’.

Integratie van functionaliteit

Een heel andere benadering om de integratieproblemen binnen een organisatie op te lossen, is om de taak van de ene groep te assimileren in een andere groep. Dit hebben we gezien in de draadloossector. In het verleden was er een groot aantal analoge circuits nodig in de ‘middenfrequentie’ tussen de RF en de digitale basisband. Vandaag de dag wordt dit afgehandeld door een blokje in een complexe Soc. Wat is er gebeurd? Rechtstreekse conversie van radiofrequentie naar basisband heeft die hele middenfrequentie overbodig gemaakt. Alles behalve de RF-vermogensversterkers kon ineens worden geïntegreerd in de digitale CMos-basisbandchip.

Meer algemeen zien we dat ontwikkelaars slimme manieren hebben ontwikkeld om analoge functies te implementeren in standaard digitale CMos-processen. De goedkope digitale wereld slokt een toenemende hoeveelheid analoge functionaliteit op. Voor veel applicaties is het zelfs niet meer nodig aparte analoge functionaliteit te integreren. De systeemintegratieproblemen verdwijnen daarmee; alle functionaliteit is nu onderdeel van het digitale systeem.

Hoger abstractieniveau

Een andere directe aanpak voor het oplossen van het partitioneringsprobleem binnen organisaties is het verhogen van het abstractieniveau. Als dit maar hoog genoeg is, spreekt iedereen immers dezelfde taal.

Natuurkundigen, elektrotechnici en systeemingenieurs kunnen allemaal starten met een Matlab- of UML-beschrijving van het systeem. Dat is hun overkoepelende taal. Maar al snel moet dit hoge abstractieniveau weer worden vertaald naar meer gespecialiseerde beschrijvingen. De lingua franca van Matlab/UML vervaagt in een heterogene mix van andere beschrijvingstalen. De hardware en software worden afzonderlijk geïmplementeerd in verschillende systemen.

Met een beetje specialisatie wordt systeemoptimalisatie echter wat beter beheersbaar. SysML is bijvoorbeeld een afgeleide van UML. De taal wordt bijvoorbeeld ingezet bij bedrijven die medische instrumenten en implantaten ontwikkelen, voor een rigoureuze machineleesbare specificatie en methodologie die zich leent voor automatisering. Met SysML kan een systeemontwerp begrijpelijk worden gemaakt voor zowel hardware- als softwareontwikkelaars en vanuit hun expertise worden geoptimaliseerd. De methode kan productiesoftware en synthetiseerbare SystemC-hardware genereren. De software is vervolgens te compileren voor de platformprocessor terwijl de SystemC-beschrijvingen worden omgezet naar hardwareblokken die hier via de systeembus aan worden gekoppeld.

Datamanagement over de designflow heen

Grote bedrijven werken al tientallen jaren aan oplossingen voor multidisciplinair databeheer en multidisciplinaire ontwerpmogelijkheden die tegemoetkomen aan de verschillende behoeftes van hun ontwerpers. Deze ondernemingen alsook specialisten in project life cycle management (PLM) proberen de bedrijfsgegevens van uiteenlopende disciplines te integreren in één projectdatamanagementdatabase (PDM) die alle afdelingen kunnen gebruiken. Er zijn op grote lijnen drie benaderingen.

De eerste is het inzetten op gestandaardiseerde formaten voor data-uitwisseling – duidelijk een goede zaak die helpt bij het ontsluiten van bedrijfsdata. Het uitgangspunt van deze aanpak is echter dat alles wordt vertaald naar de PDM-database en -infrastructuur. Het systeem wordt daarmee hopeloos star en tergend langzaam.

De tweede aanpak is om domeingegevens volledig in het eigen formaat op te slaan in een PDM-systeem. Deze oplossing is het minst flexibel. Een van de problemen is dat het PDM-systeem slechts een verlengstuk wordt van de database voor mechanische ontwerpen. Erger nog is de aanname dat een enkele database de verschillende dataformaten van de diverse ontwerpdisciplines moet kunnen verwerken en tegelijkertijd onderhoudbaar moet zijn, terwijl de behoeftes steeds wijzigen.

De zogeheten ‘federatie’-benadering is de enige aanpak die zich in de praktijk keer op keer heeft bewezen. Hierbij wordt een uniforme interface naar de database gedefinieerd waarmee alleen de overkoepelende informatie centraal wordt opgeslagen. De verschillende domeinen zijn onafhankelijk, kunnen reageren op hun specifieke uitdagingen en kunnen het systeem binnen hun eigen domein optimaliseren. Tegelijkertijd ondersteunt deze benadering effectieve samenwerkingsprocessen.

Een voorbeeldje: wanneer een elektronicaontwerper moet weten of een opening in het chassis van een auto groot genoeg is voor een kabelbundel, kan hij in een federatieve ontwerpomgeving de mechanische en elektrische ontwerpen vergelijken zonder de elektronicadatabase te belasten met alle details van de mechanicadatabase. En de softwareontwikkelaar kan in zijn vertrouwde omgeving werken; of er een onderliggend product is, een prototype, emulatie, simulatie of beschrijving op abstract niveau is niet van belang.

Een succesvol bedrijfsontwerp

Het zou fijn zijn als we konden zeggen dat de frustraties tussen IC- en systeemontwerpers of hardware- en softwareontwikkelaars afnemen. Helaas is dit niet het geval. Ondanks de nieuwe bedrijfsmodellen en steeds hogere abstractieniveaus in de beschrijving en implementatie van complexe ontwerpen beweegt de industrie naar meer specialisatie, niet minder.

Om een solide fundament neer te zetten voor een bedrijfsontwerpomgeving is het daarom beter te beseffen dat er daadwerkelijke verschillen zijn tussen de behoeftes en werkwijzen van de diverse disciplines binnen een onderneming. Net zo belangrijk is het om te begrijpen dat deze verschillen in de loop der tijd alleen maar groter zullen worden. Een los federatief systeem van ontwikkelomgevingen, geoptimaliseerd voor de individuele ontwerpdisciplines, dat nuttige informatie biedt aan de andere teams vormt de optimale weg naar een succesvol bedrijfsontwerp.

Edited by Pieter Edelman