Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Dette kretskortet med LCD-skjerm er et starter kit for en av mikrokontrollerne til Silicon Labs. Utviklingskortet brukes av kunder for å utvikle applikasjoner. Mikrokontrolleren sitter under LCD-skjermen. (Bilde: Silicon Labs)

EFR

Nordmenn utvikler strømgjerrig digitalradio

Ble kjøpt opp av amerikansk selskap.

  • Forskning

Fakta om prosjektet:

Fakta om teknologien

  • En mikrokontroller er som en PC i miniatyr. Den har en prosessor, ram, flash-minne, og porter til å kommunisere med. Det kan være USB- eller display-porter, eller andre serieporter for eksempel til tastatur. For at mikrokontrolleren skal virke, må brukeren programmere inn sin applikasjon.
  • Radiokretsen snakker trådløst med omverdenen. Batteriopererte systemer er sjelden tilkoblet et ledningsnett. Som oftest er det radio som benyttes for å få signaler inn og ut.

Tingenes internett må ha god batterilevetid. Det skjerper kravene til energiforbruk. Strategisk satsing på lavenergi-databrikker førte til oppkjøp for norsk selskap.

Elektronikk og internett sprer seg til alle mulige kriker og kroker, ting og tang.

Sensorer og sendere som er i bevegelse, eller sitter inne i murvegger, kropper, eller vannforsyningssystem, kan ikke kobles til stikkontakten. De må ha batteri.

Det norske selskapet Energy Micro, som ble startet i 2007, satset på utvikling av energivennlige mikrokontrollere (MCU). Produktene de lanserte ble veldig godt mottatt på markedet.

Strømgjerrig

Det dreier seg om små databrikker - egentlig PC-er i miniatyr - som kan styre alt fra alarmsystemer til pacemakere.

Men hvor mye hjelper det med energisparende mikrokontrollere hvis applikasjonene de sitter i er utstyrt med trådløs nettilkobling som sluker like mye strøm som før?

Løsningen er en strømsparende radiokrets. Så kan sensoren melde fra om vannforbruket i huset i enda mange flere år.

I 2010 startet Energy Micro et forsknings- og utviklingsprosjekt for å lage verdens mest energivennlige digitalradio for smalbåndskommunikasjon i båndene sub-GHz og 2.4 GHz. I fjor sommer ble selskapet kjøpt opp av Silicon Labs.

Dermed danner forskningen og utviklingen i et norsk selskap nå den sentrale utviklingsplattformen til et større, amerikansk halvleder-selskap.

Les også: Microsofts nye gullegg klekkes ut i Norge

Strategi

– De kjøpte oss fordi vi allerede hadde verdens mest energivennlige mikrokontrollere, men den nye teknologiplattformen for energivennlig radiokommunikasjon var av strategiske årsaker like viktig, forklarer Eirik Jørgensen, utviklingsdirektør i det som nå er blitt Silicon Labs "MCU and Wireless"-avdeling i Nydalen i Oslo.

Utviklingen av det første produktet hadde gått veldig fort, og Energy Micro lanserte i 2009.

– Vi satte en ny standard for lavenergi mikrokontrollere, forteller Jørgensen.

Det ble lagt merke til - både av kunder, media og konkurrenter. Selskapet døpte produktlinja Gecko, inspirert av reptilenes lave forbruk av energi.

– Etter hvert var det veldig mange som meldte tilbake at det var behov for en integrert lavenergi-radio også, sier Jørgensen. Ideen bak brikkene var nettopp å forlenge batterilevetid, som kan være kritisk, for eksempel i industrielle applikasjoner.

Trådløst

– Mikrokontrolleren er hjernen i systemet, men kommunikasjon foregår gjerne trådløst via en radio - for eksempel en sensor som sender oppdateringer til en sentral. Så lenge radioen bruker like mye energi som før, er det ikke nødvendigvis avgjørende med en lavenergi-mikrokontroller, sier Jørgensen.

Selskapet konkluderte allerede høsten 2009 at det var strategisk riktig å satse på en teknologiplattform for energivennlig radiokommunikasjon, og i 2010 satte de i gang.

– Ideen har vært å gå mot den samme typen kunder, og styrke vår posisjon i markedet. Vi fikk tilbakemeldinger fra kunder om at de ønsket å benytte våre mikrokontrollere, men fordi de kjøpte radio fra konkurrenten, fikk de en gunstig pris om de også kjøpte mikrokontroller der, forteller Jørgensen.

Les også: Norske sensorer for fingeravtrykk er klare for mobilen

Her ser du en av mikrokontrollerne fra Silicon Labs. De er bare omtrent 7x7 millimeter i størrelse.
Her ser du en av mikrokontrollerne fra Silicon Labs. De er bare omtrent 7x7 millimeter i størrelse. Silicon Labs

Mer utfordrende

Forskningsprosjektet skulle vise seg å bli langt mer utfordrende enn de optimistiske ingeniørene trodde i starten. De var fremdeles fulle av pågangsmot, og bygde på erfaringen fra prosjektet med mikrokontrollerne, som gikk mer smertefritt.

– Vi tenkte vi skulle klare å lage radio også på tilsvarende måte. Vi satte ekstreme krav med en aggressiv og omfattende spesifikasjon. Vi hadde ikke løsningene på forhånd, og ble nødt til å forske oss frem, sier Jørgensen.

Det var ikke bare snakk om lav energi og høy ytelse. Spesifikasjonen var omfattende på den måten at radioen dekker mange frekvensbånd og protokoller. Det var ikke så enkelt i et oppstartselskap som fremdeles drev mye utvikling på sin første produktserie.

Radioen skulle være ferdig i 2011, og ha 75 prosents lavere energiforbruk enn konkurrentene. I dag pågår prosjektet fremdeles. Planen er å lansere i 2015.

Forskningsrådet støttet prosjektet med rundt 8,4 millioner kroner, og Jørgensen anslår totalkostnaden ved lansering til rundt 100 millioner kroner.

Ikke innhentet

– Det er en betydelig forsinkelse i et marked hvor ting kan skje veldig fort, og utgangspunktet var å komme raskt ut med et produkt. Har dere blitt innhentet?

– Det er ikke tvil om at konkurransesituasjonen er annerledes nå. Det er kommet mange gode produkter på markedet de siste årene, men det er ikke verre enn at vi er trygge på at vi vil levere et produkt som er bedre enn konkurrentenes i mange applikasjoner, sier Jørgensen.

Radioen har lavt strømtrekk ved både sending og mottak av data. I tillegg utnytter systemene effektivt sovemodus mellom datatrafikken.

– Det er ikke så lett å forutse hvordan kunden vil bruke produktet vårt i alle mulige applikasjoner. Vi har utviklet smarte, generelle systemløsninger like mye som vi har blodtrimmet enkeltparametere, sier Jørgensen.

– Nå som vi nærmer oss ferdig, er det også en fordel at vi ikke ga oss på det med omfattende spesifikasjoner og et veldig generelt produkt. Det vil gjøre kunden i stand til å komme raskt i produksjon med sine produkter, sier han.

Les også: Trådløse sensorer skal erstatte manuelt tilsyn med vindmøller

Satser

Eirik Jørgensen er utviklingsdirektør i Silicon Labs "MCU and Wireless"-avdeling i Nydalen i Oslo.
Eirik Jørgensen er utviklingsdirektør i Silicon Labs Silicon Labs
I dag er lavenergi-radioen det største prosjektet som kjøres i Silicon Labs "MCU and Wireless"-avdeling, som ledes av tidligere CEO i Energy Micro, Geir Førre.

– Det har aldri vært snakk om å legge ned prosjektet. Isteden har det blitt satt inn mer folk. Arbeidet vårt har vist seg å være framtidsrettet, sier Jørgensen.

Det amerikanske selskapet har i dag rundt 1000 ansatte inkludert de nærmere 80 fra Energy Micro, og satser tungt på den norskutviklede teknologien. Rundt 200 personer jobber i avdelingen i dag. Samtidig konkurrerer de med mye større, etablerte aktører.

– Vi må fortsatt ha et konkurransefortrinn med et bedre produkt, sier Jørgensen.

Han syns det er tilfredsstillende å se at det satses så stort, og at produktet kommer til å prestere bedre enn konkurrentene, til tross for forsinkelsen.

I dag har selskapet avledet mer enn 250 ulike produkter fra mikrokontrollerteknologien. Når mye krefter blir brukt på å utvikle en ny teknologiplattform, gir det gode muligheter til videre utvikling. Det gjelder også for lavenergi-radioen, og flere hundre produkter er ventet de kommende årene.

– Vi vil kunne utvikle veldig mange produkter veldig raskt, fordi vi har gjort en grundig jobb med teknologiplattformen. Dermed er vi godt posisjonert for framtidige behov i markedet. I tillegg er det såpass omfattende at vi er trygge på at det blir vanskelig å kopiere, sier Jørgensen.

Databrikkene fra tidligere Energy Micro har hatt suksess i markedet.
Databrikkene fra tidligere Energy Micro har hatt suksess i markedet. Silicon Labs

Lærdom

Prosjektsprekken har gitt viktig erfaring og lærdom.

– Om vi skulle startet i dag, ville vi nok gjort ting litt annerledes. Vi ville begrenset spesifikasjonen på det første produktet, og heller utvidet litt på neste, sier Jørgensen.

Om produktet ikke er ferdig enda, så er prosessen med å patentere løsninger godt i gang. Tre patentsøknader er sendt inn, og Jørgensen tror det vil bli rundt ti tilsammen.

– Plattformen vil også være sentral for framtidige produkter innen mikrokontrollere, sier Jørgensen.

Den vil altså kunne overleve en overgang til nye prosessteknologier.

Utviklingsdirektøren er forsiktig med spådommene rundt hvilke teknologiske nyvinninger som kan komme til å ta den norskutviklede plattformen i bruk.

– Vi er lavt nede i kjeden og utvikler framtidas teknologi. Det er vanskelig å forutsi hva sluttproduktet blir, sier han.

Om lanseringen kommer i begynnelsen av 2015, vil kundene starte sin utvikling det året, og kanskje komme på markedet i 2016.

– Dette er et produkt som vil vare i mange år. Mikrokontrollerne ble lansert i 2009, og volumet øker enda, sier Jørgensen.

Han håper å se at den norske FoU-innsatsen muliggjør ting som tidligere har vært veldig utfordrende og kanskje ikke kommersialiserbare så langt.

– Vi driver lite med utvikling av applikasjoner, men vi vil gjøre det mulig for kundene å få til ting de tidligere ikke trodde var mulig, sier Jørgensen. Han understreker viktigheten av å motta støtte fra Forskningsrådet og Innovasjon Norge for i det hele tatt å kunne starte et såpass sammensatt prosjekt.

Denne artikkelen er levert av VERDIKT (Kjernekompetanse og verdiskaping i IKT), som er Forskningsrådets store program for IKT-forskning.

Les flere saker fra Forskningsrådet:

Snart skal du kunne programmere selv

– Fremtidens musikere må bygge instrumentet og lage låta underveis

Et datasenter i Sognefjorden kan fortelle når en låt spilles på radio i Europa, Canada, Japan og Australia