新一代电子设计白皮书

新一代电子设计白皮书

 

电子设计行业经历了不断的发展，已经进入了一个高度相关，技术驱动的世界。用户对新技术，新产品的需求永无止境。电子产品已经不仅仅是产品，或者先进技术的反映。电子产品已经成为生活方式的一部分，而不是仅仅完成所需的功能。

我们的电子设计行业可以满足新一代产品的需求么？一定可以，但不是通过原来的设计理念和流程。新一代的电子产品和过去的不一样，不再是孤立的器件。相反，电子产品从原来是电子设计世界的中心转变成为一个更大的产业环境的卫星环绕式的定位。电子产品已经演变成为用户进入产业环境的工具。从这一更广义的角度来看，生产产品用什么样的材料倒变得不那么重要了。

Apple公司的iPod就是一个很好的例子。

iPod的成功除了其产品本身的内在特性，还主要得益于其后台对手持设备，音乐购买，和下载系统有机的组合。

电子设计行业整体都具有这样转变的趋势，消费电子则表现的尤为明显。无论是医疗，工业，消费品或者其他行业的用户都希望他们的产品可以拥有更多功能，升级更方便，并提供产品以外的服务，并且速度要更快，价格则要更便宜。

我们已经实现目标了么？

电子产品的公司又是如何做出反应的呢？让我们做一个实验。每周访问你附近的电子产品商店，并注意产品的变化。几个月后，你会发现一个有趣的趋势：除了产品的性能指标（容量，速度，内存大小等）日渐增强，价格在逐级下降以外，其他没有什么大的变化。虽然有很多的技术可圈可点，但是真正全新的概念却寥寥可数。每周你都可以看到和以前型号没有多少差别的新产品，而真正的创新则往往姗姗来迟。为什么Apple公司的新产品发布往往吸引了众多的关注？因为它的产品通常会打破常规。每一个新的发布都伴随着对革新的新的希望，毋庸置疑，用户也会为之雀跃。每一个新产品总会引来模仿者，每一个新的服务都会招致拷贝甚至诋毁，但这都会让Apple公司再一次证明其在创新和技术领先领域里的领导者的地位。众多的"iPod杀手"或者"iPhone杀手"产品的出现，有些甚至在美观和技术设计的质量上都可以平起平坐，甚至超越，但都不能撼动Apple公司的地位。这一切都是因为产业环境的不支持和无持续性造成的。通过PC上的iTune程序直接连接iTune网上商店，这在根本上封杀了竞争对手的生存空间。是什么令Apple公司在业界三星，诺基亚和索尼等巨头的挑战下稳如泰山？是因为它是技术上最先进的手持音乐设备，还是因为它的价格最便宜？都不是。是它背后的具有强烈驱使性的产业环境使得Apple公司免疫于产品级别上的竞争。Apple公司通过网络服务建立起一个可持续的竞争优势，用于满足用户的需求，即快捷的购买，储存，组织和虚拟的播放世界上的任意音乐。Apple公司的使用环境使得公司和用户可以共赢。用户获得了远远超过普通独立的MP3产品，而Apple则可以获得来自这些用户的新业务，而不仅仅是销售单个产品。其他的供应商和竞争对手需要建立的环境和用户关系。

来自其他市场的教训

除了消费电子市场以外，就像很多公司认识到在因特网出现以后，跟随而来的全球化，随时随地的通信需求，和知识的商业化让服务业和专业用户领域里通常含义下的"用户忠诚度"变得不是那么的坚不可摧。从洗衣机，面包机，到汽车，在几乎所有的消费品市场里这样改变一直在发生。唯一还存在的"用户忠诚度"也是因为在用户和生产厂家之间还剩余的那些有限的互动。在这样每天都发生急剧变化的环境里，建立可持续性的差异性不仅仅是一个挑战，还是一个机会。音乐播放器的市场已经证明了这一点，而类似提升用户体验的变革已经成为一种不可阻挡的趋势。对于市场新的进入者来说，这无疑是一件好事；但是对于目前的市场领导者来说，则不然。

产品开发的意义

创建产品的交互使用环境需要借助新的产品开发理念。开发并提供全方位的产品体验比仅仅提供一个成型的，单独的产品更具挑战性。而要完成这样的使命，仅仅从今天的静态设计流程（从微处理器成为主流产品以来基本没有变化）略作改变，扩展到一个更复杂的静态设计流程是可不能成功的。我们需要的一个全新的流程，而且是越早采用越好。因为我们往往是从硬件开始设计，所以在为大型的交互使用环境开发产品有时候还是会碰到各种临时的变动。Apple公司就是一个很好的例子。设计机构和工程师需要把注意力从硬件转移到用户需要的体验上去，确定支持这样的体验所需要的产品功能，并创新性的用所有可以采用的技术来提供这样的功能特性。调整自身并接受来自改变所带来的机会是确保保持领先的关键因素。而另一种选择就是眼睁睁的看着整个行业把你抛弃。

超越性的思考

另一个常见的例子。假设你是一个空调生产厂家，为了参与竞争选择生产一个更高效率，更安静，和有更强大功能的产品，或者采取降价策略。但是，当新的技术概念出现把这一起都变得毫无意义的时候，市场又会做出什么样的反应呢？相反，开发新一代提供用户全新体验的空调机。加入可供用户从世界的任何地方都能进行操作的可连接性。开发并利用一个iPhone的程序用来帮用户（当他们发觉家里的温度比度假时要热的时候），从机场回家的汽车里控制空调机，简单的远程控制是关键。生产制造厂家也被包含在这一互联的环节里，查看产品性能，上传新的功能，并进行服务或者故障的排出。当用户提出需要更换的时候，厂家可以远程的把用户的设置上传。当用户因为搬家，而购买了另一台空调机的时候（是因为互联而建立的产品价值和信任），厂家可以自动的根据用户的资料调节新的系统，并提供用户需要的舒适度。所有的这一切都不需要有用户的介入，而在提供类似服务的同时，厂家则为自己创造了价值。用户通过空调机进入了厂家所建立的交互使用环境。正因为服务所体现了实际产品之外的价值，厂家因而可以保持和竞争对手持续的差异性，并长期的保证业务收入，而不是每隔5分钟就因为竞争对手的新特性而进行匆忙的应对。

在发展的行业中重新定义设计

如果接受了以上的观点，那我们又该如何改变我们进行产品设计的方法呢？那就是设计具有互联特性和智能特性的产品。

在硬件层面实现这样的改变需要对硬件元素进行额外的投入。在实际中，为增加互联特性增加额外的硬件并不复杂，一个USB接口就已经足够了。一个嵌入系统的手机芯片提供对交互使用环境的无线接入。对工程师来说，如何实现这样的物理连接则是一个巨大的挑战。其难度无异于帮助外星人设计打回家的电话。如果没有智能特性，则这一切都是徒劳的。所以，创建新一代电子产品的关键在于我们是否有能力为其添加"智能特性"，并更容易的接入到我们所创建的交互使用环境中去。微处理器行业在25-30年前已经开始这样做了，并为电子设计提供了革命性的机会。用软件的算法替代固定的硬件，并已经成为今天智能产品的基础。智能手机的关键是在于运行的软件，而不是使用什么样的硬件。软件的软功能使其成为电子行业革命性因素。在微处理器出现以前，所有的功能都依赖元器件的连接完成。完成更多的功能需要连接更多的元器件。智能器件的功能则更为强大。可以包含更多的元器件和布线，或者直接进行产品的设计和创建。用通用微处理器来替换原来的一堆由大量专属的硬件使得工程师可以尝试原来从未想象过的设计。接着，一种新的器件激发了第二次电子设计的革命。可编程器件，特别是FPGA改变了工程师对电路的考量。这些新的器件对于工程师来说就是一些白纸，并可以根据需要进行编程以完成任何需要硬件来完成的功能。可编程器较强的适应性，和足够便宜的价格已经可以确保被主流的设计所采用。和微处理器进行配合，替换目前固定的电子硬件，可编程器件可以改变我们电子设计的方法。硬件设计流程增加了"流动性"，以弥补原来软硬件之间的鸿沟。更具潜力的是，可以尝试全新设计方法，并将智能产品推向市场。工程师可以第一次象修改软件一样来修改硬件设计。随着微处理器时代的到来，工程师拥有了前所未有的设计空间。释放这样的潜力，对于公司和电子工程师来说都具有非凡的意义。产品的功能性可以被看作是一个完整的软设计领域（由可编程器件和传统软件所组合而成），并需要符合多标准的设计标准。在软设计领域里，所有传统的设计流程都将紧密的进行互动。工程师必须不再把产品看作一个离散的硬件，可编程器件和软件。相反的是，可以根据功能来定义产品，并根据功能的不同采用最合适的实现方法。如果采用传统的方法来完成新的设计，工程师将竭力需要保持设计技术和设计技巧间的同步，并需要使用很多不趁手的设计工具。因为不能和设计周期同步，现行的设计理念即将开始瓦解。创新被阻止，而公司也将萎缩。消除前进道路上的障碍，并充分的释放最新技术的潜力，目前的设计规则要么需要修改，要么需要被放弃。

传统设计的挑战

让我们开始分析一下传统电子设计的方法。

传统的产品设计是一个线性的流程，从硬件开始一直到运行于其上的软件。这样的方法是基于硬件决定设计价值，而软件则为产品添加功能的这样一个设计理念。然而，这样的设计理念是错误的。工程师被强迫的在设计流程的初期就锁定硬件平台，并用于软件的开发。所以，软件的开发就会被所选择的硬件平台所限制。坦率的说，这意味着倒退。今天的产品价值来源于设计的软性部分，传统软件和日益增加的可编程器件。而我们需要把这一些软性部分作为中心，并作为设计的起点。硬件部分需要根据智能特性的需求来设计，再不应该限制器件内的智能特性的开发和最终产品的功能例如互联特性和用户体验等。把传统的设计理念翻转过来，就是全新的全方位的一体化设计方法。工程师可以从产品设计最重要的部分着手，并把更多的时间分配到用户最关心的问题上来。对于用户定制设计硬件的需求也开始显现。一个合乎逻辑的做法就是采用"即选即用（off-the-shelf，OTS）"的方法来支持设计的核心智能特性。最终产品的外观可以是任何形式，即一个完整或组装的即选即用硬件，或者是一个用户定制PCB组装件。如果采用的"即选即用"的硬件是经过原来软硬件开发平台开发和测试的话，设计可以直接被当作产品。如果系统也是有独立的FPGA供应商提供的话，工程师就可以更自由的去选择所适合的可编程器件了。

一个全新的方法：全方位一体化

作为因特网所带来的好处，在原来孤立的产品环境中，智能产品带给我们更多的和交互式使用环境相沟通的渠道。应时而变，是时候在板级设计以外的领域考虑电子设计了。在当前趋势下，产品通过功能，服务所能够让用户接入的产业环境已经变得和产品的物理特性一样的重要了。在电子设计中，越少依赖硬件来实现关键功能就越好。工程师需要通过软件和可编程器件来实现器件的智能特性。而当我们扩展我们产品的产业环境的时候，软件和可编程器件则也可以轻易的扩展。和硬件不一样，软件和可编程器件也没有办法用1/10的成本像硬件一样在发布以后被大量的复制。真正的可持续性的市场差异性来自于电子产品的内在智能特性。表现于独特的行为，功能和互联特性。产品可以被使用于任何更大的产业环境，并体现其可以带来的产品之外的用户体验和用户关系的建立。

这就是新一代电子产品。

工程师和设计机构需要改变思考的方法，并改变其设计系统和设计方法。传统的"分割并完成"，把硬件，软件和可编程器件完全分离的做法必须被摒弃。为了更好的释放可编程器件所带来的提供智能特性的潜力，我们必须把原本独立的设计方法整合在一起，并可以让工程师可以轻松的在新的环境中进退自如。只有这样全方位的设计理念才可以被应用到实际中去，通过智能和互联特性去创建真正的产品差异。全方位的设计理念是革命性的。它不仅仅整合的用户的需求，并赋予工程去创建具有竞争差异性和满足该种需求的伟大产品。

电子设计的世界已经注定永远改变。应时而变，现在是时候重新审视我们设计产品的方法了。接受并应用技术的进步，可以帮助创建可以提供长久竞争差异性的产品，并提供用户体验。

Nick Martin
创始人兼CEO
Altium有限公司
2009年4月
www.altium.com