Speicher global programmieren

Sabine Ernsting, Harald Weigelt, Data I/O, Gräfelfing

Durch die Globalisierung erhält die Firmware von Fertigungsgeräten in der gesamten Wertschöpfungskette einen neuen Stellenwert. Die mögliche geographische Trennung von Entwicklungsabteilungen und Produktionsstätten sind eine Herausforderung für jedes international ausgerichtete Unternehmen. Fortschreitende Kos-tenreduzierung, verkürzte Innovationszyklen sowie die Optimierung der Geschäftsabläufe sind elementare Voraussetzungen, um in den heutigen dynamischen Märkten Wettbewerbsvorteile zu sichern – und letztendlich zu bestehen. So wundert es nicht, dass der Ruf nach Lean-Manu-facturing-Prinzipien gerade im Bereich der Bausteinprogrammierung immer lauter wird.

In diesem Zusammenhang lässt sich Lean-Manufacturing als das Zusammenspiel aus intelligen-ter Prozesskontrolle, Just-in-time-Programmierung und optimierter Fertigungslogistik definieren. Dies erfordert innovative Techniken und eine vielseitige Systemarchitektur, die sich in bestehende Geschäftsabläufe reibungslos integrieren lassen und eine nahtlose Vernetzung der verschiedenen Unternehmensbereiche untereinander herstellen. Genau hier setzt die Connected-Programming-Strategy von Data I/O an, die ein optimales Firmware-Supply-Chain-Management ermöglicht.

Die Globalisierungstendenzen lassen sich gut anhand des Weges darstellen, den ein Flash-Speicher vom Bausteinhersteller über die Design- und Muster-bauphase bis hin zur Fertigung und dem Einsatz im Endprodukt zurücklegt. Der Baustein ist Träger der Intellectual-Property, durch die ein Produkt seine spezifischen Eigenschaften erhält. Denn je nach Dateninhalt kann ein Bausteins beispielsweise in einem Mobiltelefon oder einem PDA eingesetzt werden. Produkte, die auf programmierbaren Speichern basieren, haben den Vorteil, dass Modifikationen der Eigenschaften ohne Änderungen an der Hardware möglich sind. Folglich beruhen die Unterscheidungskriterien der Modellvarianten eines Produktes bei identischer Hardware auf der unterschiedlichen Programmierung. Die Herausforderung besteht jetzt darin, die Software möglichst flexibel, schnell und absolut fehlerfrei in das Endprodukt zu integrieren. Besonders in der Elektronikbranche sind in Folge des Kampfs um Marktanteile, des permanenten Kostendrucks sowie der hohen Innova-tionsgeschwindigkeit wiederholte Modifikationen der Produkteigenschaften an der Tagesordnung. Dies gilt entsprechend auch für die Programmierdaten. Damit die Produkte so schnell wie möglich auf den Markt kommen gilt es, Standzeiten in den Produktionslinien und jegliche Verzögerung bei der Markteinführung zu vermeiden (Bild 1).

Bevor ein Flash-Speicher letztlich ein Produkt „zum Leben erweckt“, legt der Baustein einen langen Weg zurück. An erster Stelle steht in der Regel die Zusammenarbeit zwischen OEMs und Halbleiterherstellern, um die erforderlichen Merkmale eines Flash-Speichers festzulegen. Sofern das Programmieren von externen Dienstleistern übernommen wird, übermittelt der OEM die Software mit den entsprechenden Features und Daten im nächsten Schritt zum Programmiercenter. Dieses wiederum programmiert die Firmware in den Baustein und schickt die bestellte Menge zum Elektronik-Fertigungsdienstleister (EMS), der die Endprodukte herstellt und testet. Data I/O übernimmt als Programmiergerätehersteller in dieser Wertschöpfungskette zum einen eine be-ratende Funktion, um mit dem OEM die für ihn passende Programmierlösung zu finden. Zum anderen stellt das Unternehmen den Partnern das Programmier-Equipment zur Verfügung und sorgt dafür, dass in Zusammenarbeit mit dem Halbleiterhersteller die korrekten Programmieralgorithmen und -daten bereitgestellt werden.

Die Partner in dieser Supply-Chain verfolgen unterschiedliche Interessen. So sind OEMs und Ser-viceprovider besonders auf ihren Marktanteil und optimale Markteinführungszeiten fokussiert. Die Halbleiterhersteller streben in ihrem Segment nach technischer Führerschaft. Für die Programmiercenter und die Elektronik-Fertigungsdienst-leister steht die Kostenreduzierung und das Erhöhen der Stückzahlen im Vordergrund.

Die Connected-Programming-Strategy bietet einen Lösungsansatz, der die Bedürfnisse der einzelnen Partner in der Wertschöpfungskette be-rücksichtigt. Die Programmierung erfordert das Verarbeiten komplexer Daten bestehend aus Algorithmen, Daten-Files und Programmierprofilen. Wie schon beschrieben wurde, ändern sich die Daten häufig, wenn Produkteigenschaften hinzugefügt beziehungsweise geändert oder aber Algorithmen aktualisiert werden. Um jegliche Fehler und damit verbundene Kosten bei der Übertragung der Daten im gesamten Verlauf der Wertschöpfungskette zu vermeiden, setzt die Connected-Programming-Strategy auf die Netzwerksteuerung der Programmiersysteme, beispielsweise via Internet-Virtual-Private-Network (VPN). Die Übertragung der Firmware in Form von Daten- und Programmier-Files ist in jeder Phase des Produktzyklus vom Design über Mus-terbau bis hin zur Massenfertigung transparent. Durch das Bereitstellen statistischer Informationen ist die Datenübertragung für jeden Partner in der Wertschöpfungskette jederzeit nachvollziehbar. Sollte eine Änderung der Programmier-algorithmen erforderlich sein, wird mit Hilfe der Steuerungs-Software eine Verbindung zur Web-site von Data I/O aufgebaut und eine automatische Aktualisierung vorgenommen. Der Vorteil für die Programmiercenter und Elektronik-Fer-tigungsdienstleister liegt darin, dass Firmware-Änderungen über das Internet direkt in die Steuerungs-Software ihres Programmiersystems eingespielt werden können.

Durch die Steuerung via Netzwerk wird eine zuverlässige Just-in-time-Programmierung und damit eine flexible Produktion auch kleinerer Serien, zum Beispiel für die Prototypenphase, ohne aufwändige Lagerhaltung und lange Vorlaufzeiten möglich. Code-Änderungen, die in einer Entwicklungsabteilung vorgenommen werden, die sich an einem anderen Ort als die Produktionslinien befindet, können schnell dorthin übermittelt werden. Die Programmiersysteme in den Linien werden förmlich aus der Entfernung aktualisiert, so dass Verzögerungen und Standzeiten im Produktionsprozess nahezu eliminiert werden.

Im Rahmen der Connected-Programming-Strategy wurde für die Anforderungen in der Ent-wicklungs- und Prototypenphase sowie der Pro-duktionsvorbereitung das Parallel-Programmier-system Flashpak entwickelt. Die Integration dieses Systems in den Produktionszyklus erfolgt mit Hilfe einer auf HTML oder XTML basierenden Steuerungs-Software. Gerade wenn die genannten Unternehmensbereiche inklusive der Serienproduk-tion geographisch voneinander getrennt sind, lässt sich die Kommunikation über das Netzwerk herstellen. Dies kann beispielsweise mit dem bereits erwähnten Internet-Virtual-Private-Network oder dem firmeneigenen Intranet geschehen. Über Ethernet stellt Flashpak die Verbindung zum LAN und zum Internet her.

Das Gegenstück auf der Seite der Serienproduk-tion ist das Inline-Programmiersystem Proline-Roadrunner, denn dieses und Flashpak verfügen über dieselbe Programmierarchitektur und das-selbe Programmierprotokoll, um Firmware-Modifikationen schnell in die Produktion zu übermitteln, damit diese ohne Verzögerung in den Produktionsablauf integriert werden können. Da der Roadrunner direkt an den Bestückautomaten der Fertigungslinie angehängt wird und just-in-time programmiert, sind Buffer-Lager mit vorprogrammierten Flash-Speichern, die sonst bei Firmware-Änderungen umprogrammiert werden müssen, nicht mehr erforderlich. Statt dessen wird bei Änderungen lediglich ein neuer Programmierjob eingespielt. Der Durchsatz dieses Programmier-systems ist exakt auf die Produktionsgeschwin-digkeit der Linie abgestimmt, um so einen un-terbrechungsfreien Produktionsfluss zu gewährleisten.

Eine mögliche Methode bei der Massenprogrammierung ist die Programmierung in der dem Bestückungsprozess nachgeschalteten Testphase. Besonders bei großen Flash-Speichern führt die Programmierung auf Testern allerdings zu einer beträchtlichen Reduzierung des Durchsatzes mit der Folge, dass die Testphase zum Engpass in der Produktion wird. Der Grund dafür ist, dass das Testequipment nicht auf hohe Programmiergeschwindigkeiten von komplexen Flash-Speichern ausgelegt ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass eine fehlerhafte Programmierung erst erkennbar wird, wenn der Flash-Baustein bereits verarbeitet wurde. Die betroffenen Platinen müssen überarbeitet und schlimmstenfalls sogar verschrottet werden.

Das Inline-Programmiersystem Roadrunner ist hingegen so konzipiert, dass der zeitliche Aufwand für das Programmieren und Testen die Pick-Rate des Bestückautomaten unterschreitet – per Definition ist das Just-in-time-Programmierung. Jeder Baustein wird direkt nach dem Programmieren getestet und fehlerhafte Kompo-nenten sofort aussortiert, um die Weiterverar-beitung beschädigter oder fehlerhafter Bausteine zu vermeiden. Wie jede andere Komponente der Produktionslinie, so muss auch ein Inline-Programmiersystem nach seiner Kapazität und nicht nur nach seinem Durchsatz beurteilt werden. Der Aufwand für Job-Setups und Produktionsstill-stände sind Teil dieser Rechnung.

Wie beschrieben, sieht sich die Industrie weiteren großen Herausforderungen gegenüber. Innovative Techniken gepaart mit einem global anwendbaren Gesamtkonzept, wie etwa die Connected-Programming-Strategy von Data I/O, schaffen die Möglichkeit eines optimalen Firmware-Supply-Chain-Managements.

Das Programmiersystem Flashpak

Flashpak ist ein netzwerkfähiges, manuelles Flash-Programmiersystem mit vier Programmierplätzen. Seine Programmierarchitektur ist heute bereits schneller, als die aktuell auf dem Markt erhältlichen Bausteine programmiert werden können. Derzeit liegt die seitens der Halbleiterhersteller maximal mögliche Geschwindigkeit für Programmierung und Verifizierung bei 0,269 s/MBit. Dies macht das Gerät zum geeigneten Programmiersystem für zukünftige, noch schnellere Flash-Bausteine. Deshalb garantiert es nicht nur heute, sondern auch in Zukunft eine hohe Programmierausbeute und hohen Durchsatz. Das System ist so konzipiert, dass die Programmierkapazität flexibel dem jeweiligen Bedarf angepasst werden kann. Mehrere Systeme sind über das Netzwerk kaskadierbar, sodass eine Kapazität von 8, 12, 16 oder mehr Programmierplätzen entsteht. Flashpak verwendet die Steuerungs-Software „Tasklink for Windows“, die aktuelle Statistiken über Jobstatus, Durchsatz, Bausteinausbeute und sonstige relevante Programmierdaten erstellt. Das Stand-Alone-System zeichnet sich durch Features wie etwa dem Speichern auf einer PCMCIA-Flashcard, Auto-Start-Programmierung durch zentralen Sockelöffnungsmechanismus sowie einem Bedienfeld mit LED-Statusanzeigen aus. Die Kombination aus moderner, schneller Programmierarchitektur, Systemkaskadierbarkeit und intelligenter Prozesskontrolle resultiert in sehr niedrigen Programmierkosten pro Baustein. Darüber hinaus ist eine sichere, nachvollziehbare und ausfallsichere Programmierung gewährleistet. Das Gerät eignet sich besonders für den Einsatz in Designcentern, in Programmierhäusern, der Auftragsfertigung oder Produktion. Da es neben der Programmierarchitektur auch die Programmiersprache des Proline-Roadrunner verwendet, entsteht bei Einsatz der High-Volume-Programmiersysteme eine vernetzte End-to-end-Programmierkette. Während der gesamten Produktentwicklung und -fertigung werden somit ausschließlich die aktuellsten Programmierdaten und -algorithmen verwendet.