組み込み無線モデム開発におけるリスクの理解

ワイヤレス技術は消費者の世界と共有されていますが、生産量が数百万ではなく数千ユニットである一般的な組み込みシステムの開発プロセスは多少異なります。小規模から中規模の組み込みデバイスにワイヤレス接続を設計する場合、開発チームは通常、次の2つのアプローチのいずれかを採用します。

•  モデムソリューション: PTCRBとネットワーク承認済みのモデムをボードにドロップします。この場合、必要な追加の設計作業は、シリアル バスまたはUSBを介したインターフェイスのみです。Multi-Tech Systemsは、組み込みアプリケーション向けのモデムの最もよく知られたサプライヤーです。

•  モジュールソリューション: 適切なRFモジュールをシステムに設計し、制御、電源、バス インターフェイス、アンテナ、回路保護などの必要な機能を提供するコンポーネントを追加します。このようなモジュールの広く使用されているサプライヤーには、Telit、Sierra Wireless、ublox、Gemaltoなどがあります。

  これにより、開発チームは「製造するか購入するか」の決定を迫られます。ワイヤレス モジュールをシステムに設計することで、開発チームは、モデム ソリューションのコストと比較して、一般的なセルラー ネットワーク対応製品の部品表 (BOM) コストを約10 ～ 30ドル削減できます。

  ただし、このBOMコストの削減は、ワイヤレス モジュールを社内で開発し、必要な規制および通信事業者の承認を得るためのコストとバランスを取る必要があります。セルラー システムの場合、承認プロセスは長く、費用がかかり、不確実になる可能性があります。あるいは、評判の良いサプライヤーのモデム ソリューションは、すでに複数の通信事業者のネットワーク プロバイダー承認を受けている場合があります。

  モジュール ソリューションの場合、製品が市場に出る前に、設計と承認のコストが前もって発生することに注意することが重要です。損益分岐点、つまりモジュールの初期開発コストの高さがモジュールのBOMコストの低さによって相殺されるユニット数を計算するのは簡単です。モジュールの開発コストには、回路設計と試作コストだけでなく、ネットワーク プロバイダーの承認と規制認証を取得する必要性も含まれます。これは、損益分岐点が約6,000 ～ 7,000ユニットで発生する典型的なシナリオを示しています。 

  製造するか購入するかの決定は、主にビジネス上の判断であり、技術的な判断ではありません。標準規格に準拠した環境で動作する場合、独自に設計したモジュールベースのソリューションとドロップイン モデム ソリューションのパフォーマンスにはほとんど違いはありません。しかし、エンジニアリングの専門家は、図1に示す単純な損益分岐点の計算を検証または無効にする可能性のある設計、競合、マーケティング、サプライ チェーンのリスクを考慮して、ビジネス ユニットが情報に基づいた意思決定を行うのを支援できます。

  企業にとっては、BOMや開発コストなど、非常に正確に予測できる「既知の事実」に基づいて意思決定を行いたくなるものです。対照的に、上記に挙げたリスクと、そこから生じる潜在的なコストを正確に計算することはより困難です。

  それでも、開発チームは、確率を割り当てることができる仮定に基づいて、コストが下がる範囲をある程度正確に見積もることができます。これにより、見積りが難しいコストを完全に無視する慣行よりも、コストと利益を計算するためのはるかに堅牢な方法が提供されます。このより堅牢な方法を使用すると、開発チームはモデム ソリューションの実際の損益分岐点が7,000ユニットをはるかに超えることがわかります。

  社内無線モデム開発のリスク

  考慮すべき最初の潜在的コストは、あえて名指しできないリスク、つまり設計リスクです。組み込み設計エンジニアは認めたくないかもしれませんが、社内チームが最初から適切な設計を作成できないリスクは常に存在します。RF設計は特に不具合が発生しやすい傾向があります。これは、システム内の他の場所からの干渉により、予測や診断が困難な方法でRFモジュールまたはアンテナのパフォーマンスが低下する可能性があるためです。経験豊富で有能なRF設計チームが失敗することはまずありません。しかし、初めて接続機能を追加する組み込みプロジェクトや、有線通信を無線通信に置き換える組み込みプロジェクトでは、セルラーまたはローカルエリア無線の実装の難しさを過小評価してはなりません。 

  考慮すべき2番目に重要なリスクは競争リスクです。各事業部門は、特定の市場セグメントにおける利益のうち、最初の参入者がどれだけの利益を獲得するかという疑問を抱く必要があります。競合他社が当社より先に市場に参入した場合のリスクはどの程度でしょうか? 

  マルチテックは、顧客の意見に基づいて、購入するのではなく製造することを選択した場合の潜在的な影響を次のように推定しています。最終製品が市場に出るまでにさらに9か月かかります。各メーカーは開発期間を独自に予測しますが、特に携帯電話アプリケーションでは、承認プロセスがプロジェクト期間に与える影響は定義されており、メーカーの制御の範囲外にあります。

  別のリスクの影響も顧客の行動によって影響を受けます。これは、メーカーが元の製品のバリエーションやアップグレード版を開発する必要があるリスクです。たとえば、オリジナル製品が成功した場合、マーケティング主導でオリジナルをプラットフォームとして使用するバリエーションを開発する必要があるかもしれません。これらは、コストを削減したバージョン、機能が少ない「ライト」バージョン、または追加機能を備えたプレミアムバージョンである可能性があります。

  これらのバリアントでは、異なるワイヤレス機能や異なるモデムが必要になる場合もあります。オリジナルがモジュールを使用していた場合、新しいバリエーションによって、プロジェクト チームはオリジナルの設計とそれを製造するために使用したツールを放棄することになるかもしれません。これは、ワイヤレス チップセットを交換すると、異なる周辺回路が必要になる可能性があるためです。

  モジュールベースの設計の4番目のリスクは、前のリスクに関連しています。モジュールのワイヤレス チップセットが廃止されたために、メーカーが再設計を余儀なくされた場合はどうなるでしょうか。消費者市場の動向に左右される携帯電話およびWi-Fiチップセットのメーカーは、定期的に自社のデバイスを旧式化し、改良された新しいバージョンに置き換えています。陳腐化は、無線チップメーカーが受ける合併や買収によっても発生する可能性があります。組み込み製品メーカーは、製品のライフサイクルがはるかに長いため、サプライチェーンによってのみ発生する再設計および再設備コストのリスクを負います。

  最後に、製品を世界的に販売することを志向するメーカーは、混乱を招き時間のかかる承認の世界に直面することになります。RF製品の認証は、世界規模ではなく、地域または地方単位で策定および規制されています。一部の国では毎年の認証更新が必要です。認証の有効期限が切れた場合、更新されるまで製品は販売中止となります。規制は特定のモデルの寿命中に変更される可能性があり、対応する認証が必ずしも既存の製品に引き継がれるとは限りません。組み込みモデムのメーカーには、世界中の認証制度を継続的に監視し、すべての製品の承認を維持する専門チームがあります。 モジュールを使用するには、製造元側で多大な管理および技術的な労力が必要になります。 

  影響を予測し管理する方法

  上記のリスクは、その性質上、定量化やコスト計算が困難です。しかし、個々の状況を反映したコストを合理的に見積もることは可能です。顧客ごとに、RF設計者のスキルの程度、競争の速さ、エンド ユーザーの要件の範囲、製品のライフサイクルの長さ、短さが異なります。これにより、各顧客は各リスクの発生可能性を推定し、コストを見積もることができます。したがって、モジュール設計に欠陥がある可能性が50% あり、欠陥のある設計のコストが100,000ドルの場合、すでに計算されているコストに加えて、モジュール ソリューションの作成にかかるコスト見積もりに50,000ドルが追加される可能性があります。

  モデム ソリューションにより、認証および承認のリスクが大幅に軽減されます。ボードへのドロップが簡単で、最終製品の開発時間が大幅に短縮されます。Multi-Tech SocketModem製品 (図3を参照) は、マーケティングおよびサプライ チェーンのリスクも軽減します。SocketModemの各製品は、2Gと3G、GSMとCDMA、BluetoothとGPSトラッキングなどの通信テクノロジの組み合わせを提供し、それらはすべて同じユニバーサル ソケット ピン配列と (適切な場合) 永続的/自動接続用のMulti-Techの「ユニバーサルIP」IPスタックを共有します。®

  つまり、設計者は、ハードウェアの再設計や再ツール化を必要とせず、新しいIPプロトコルを作成する必要もなく、アプリケーション ソフトウェア レベルでの変更を最小限に抑えながら、ボードのさまざまなテクノロジを自由に交換できます。Multi-Tech SocketModemは通信事業者や規制当局によって承認されており、長い組み込みライフサイクルをサポートしているため、再設計のコストと時間を削減できます。

  SocketModemまたは類似のモデムは社内設計に固有の通常のリスクを排除できるため、リスクを推定して定量化する作業は価値のあるものになります。上記の分析が示すように、「製造か購入か」の損益分岐点は、BOMや製品設計コストだけによって決まるのではありません。