Actuellement, de nombreux secteurs se transforment en adoptant le concept du « défini par logiciel », qui crée de nouvelles opportunités d’innovation. Les voitures modernes sont une excellente illustration de l’application de ce concept. Les mises à jour logicielles, désormais facilement envoyées à distance aux véhicules, permettent d’en améliorer les performances, d’y ajouter de nouvelles fonctionnalités et même de résoudre des problèmes sans qu’il soit nécessaire de se rendre dans un centre d’entretien. La flexibilité qu’offrent les plates-formes automobiles définies par logiciel atténue ainsi une contrainte rencontrée par les clients, tout en créant de nouvelles opportunités de différenciation grâce à l’introduction de nouvelles fonctionnalités et à l’amélioration des véhicules.

Le passage au développement défini par logiciel a d’importantes répercussions sur un programme de produit, qui touchent tous les domaines de l’ingénierie et toutes les équipes travaillant sur le produit. Chez Siemens, nous avons la chance de collaborer avec des experts qui représentent l’éventail complet des domaines d’ingénierie nécessaires pour créer les produits intelligents de demain. Nos interactions génèrent de nouvelles informations concernant les défis techniques et commerciaux que pose l’évolution actuelle du paysage numérique.

Cet article traite de cette évolution et de la manière dont les logiciels définissent les fonctionnalités des produits dans plusieurs secteurs, tels que l’automobile, l’aérospatiale et l’électronique grand public. Il s’intéresse à la manière dont le développement défini par logiciel modifie l’approche des entreprises en matière de développement de produits et de systèmes, et à la manière dont le jumeau numérique complet soutient ces nouvelles approches de développement, notamment grâce aux connexions que les continuités numériques créent entre les solutions d’automatisation de la conception électronique (EDA), les logiciels et le reste du système.

La définition par logiciel entraîne une complexité croissante

La transition vers des produits définis par logiciel introduit de nouvelles complexités, car une modification des fonctionnalités logicielles peut avoir des répercussions en cascade sur plusieurs domaines interdépendants. Par exemple, des modifications apportées au comportement du logiciel embarqué dans un futur véhicule électrique peuvent augmenter la consommation électrique de la plate-forme informatique, et donc réduire l’autonomie globale du véhicule. Selon l’importance de cette réduction, une telle modification logicielle peut entraîner une réévaluation de la taille, voire du boîtier, de la batterie du véhicule.

La définition par logiciel augmente les interconnexions entre les sous-systèmes d’un produit. Dans un véhicule électrique, des modifications logicielles peuvent entraîner des modifications de conception concernant la taille et le boîtier de la batterie. (Crédit image : Siemens.)

L’importance accrue que revêtent le développement et la différenciation des logiciels a également des répercussions sur l’organisation du programme de développement, et notamment sur les composants à semi-conducteurs sur lesquels reposent les fonctionnalités des logiciels. Bien que les systèmes mécaniques et électriques restent importants pour ces systèmes, l’attention et les investissements se sont déplacés vers les logiciels et les semi-conducteurs.

Historiquement, les entreprises utilisaient des puces standard répondant à peu près à leurs besoins et développaient des logiciels en fonction des capacités et des limites de cette plate-forme matérielle générique. Mais aujourd’hui, les systèmes logiciels étant devenus plus sophistiqués et plus importants, davantage d’entreprises recherchent des solutions silicium personnalisées adaptables à des applications logicielles spécifiques et à des méthodes de développement prenant en charge la co-conception du matériel et du logiciel.

Auparavant, faire développer des puces silicium sur mesure était peu pratique pour de nombreuses entreprises en raison de la durée et du coût de l’opération et des risques associés. Mais aujourd’hui, les fabricants de semi-conducteurs réduisent leurs délais de développement grâce à des innovations-clés telles que l’intégration hétérogène à base de chiplets. Cette dernière leur permet d’associer des technologies standard abordables (telles que des puces de mémoire) avec du silicium sur mesure plus petit, plus abordable et moins risqué, afin d’atteindre les objectifs de performances et de coût optimaux.

Le jumeau numérique facilite le développement holistique piloté par logiciel

Aujourd’hui, les fabricants de systèmes complexes doivent envisager le développement et l’intégration de nombreux sous-systèmes :

• les applications logicielles et les fonctions de base ;
• les composants et modules à semi-conducteurs ;
• les systèmes électriques et électroniques, y compris les réseaux de données ;
• les composants et structures mécaniques.

Tous ces éléments nécessitent des compétences et des solutions d’ingénierie différentes, mais doivent être parfaitement fusionnés en un produit cohérent, attrayant et convivial. De plus, les entreprises doivent accomplir tout cela avec des budgets et des délais de plus en plus serrés, simplement pour maintenir leur position sur des marchés de plus en plus concurrentiels. Ce sont les leaders du secteur qui dictent les améliorations requises, de sorte qu’il ne suffit plus pour les entreprises d’améliorer à la marge leurs méthodes de développement existantes.

Ces pressions exigent des méthodologies de développement connectées, agiles et holistiques qui facilitent la circulation de l’information entre des équipes interdépendantes. Elles exigent également un investissement dans la numérisation, sous la forme de la construction d’un jumeau numérique complet. Le jumeau numérique complet d’un produit ou système complexe relie tous les modèles et données du produit grâce à des continuités numériques qui établissent un flux d’informations bidirectionnel entre les équipes de développement et les chefs de projet. Il en résulte un retour d’information constant entre les activités de développement et les exigences de conception.

Lorsque la complexité des produits augmente, comme dans le cas des véhicules électriques, des systèmes aérospatiaux ou des centres de données, les jumeaux numériques offrent aux développeurs une plate-forme unifiée qui permet de visualiser les dépendances entre les composants logiciels, électroniques et mécaniques. Cette synchronisation en temps réel réduit les retards coûteux et garantit que chaque aspect du produit suit l’évolution du cahier des charges et des normes réglementaires.

Au-delà des différentes équipes impliquées, la numérisation améliore la collaboration interfonctionnelle en fournissant à toutes les parties prenantes des données accessibles et transparentes. Les responsables de la chaîne d’approvisionnement, les ingénieurs en logiciel et les concepteurs en mécanique peuvent interagir au sein d’un écosystème numérique partagé, ce qui rationalise les processus de validation et garantit que les modifications n’entraînent pas de complications imprévues. La préparation en vue de la fabrication peut également être améliorée grâce à une planification, une modélisation et une validation précoces de la production à l’aide du jumeau numérique du produit. Cette approche holistique réduit les risques liés au développement et améliore l’efficience, permettant aux entreprises de commercialiser plus rapidement des produits de haute qualité et à la pointe de la technologie.

La virtualisation des semi-conducteurs améliore le développement de logiciels

Pour les produits ou systèmes définis par logiciel, la virtualisation du développement et de la vérification des puces est cruciale. Auparavant, pour pouvoir tester leurs logiciels, les équipes de développeurs devaient attendre que des prototypes physiques des puces soient créés, ce qui allongeait les cycles de développement et augmentait les risques pesant sur les projets. Aujourd’hui, alors que les équipes de conception de puces utilisent depuis de nombreuses années des technologies de vérification et d’émulation basées sur des modèles, la tendance générale à la numérisation a ouvert la voie à la virtualisation des architectures de puces, dissociant ainsi le développement des logiciels d’application du développement ou de la sélection du matériel. Cela permet de développer activement les logiciels bien avant la fabrication physique des composants à semi-conducteurs.

La virtualisation des architectures silicium permet de décaler vers l’amont le développement des logiciels, car les équipes chargées du matériel et celles chargées des logiciels peuvent collaborer dans des espaces virtuels. (Crédit image : Siemens.)

Cette virtualisation instaure un paradigme de conception dans lequel les interdépendances entre le logiciel et le matériel peuvent être traitées avant l’intégration finale. À mesure que la fidélité des modèles de puces augmente tout au long du développement du silicium, les équipes chargées des logiciels peuvent constamment mettre à jour les applications afin de refléter les performances attendues des puces, réduisant ainsi le risque d’erreurs d’intégration. La virtualisation aide également les entreprises à tirer pleinement parti du silicium intégré de manière hétérogène en facilitant l’optimisation des cœurs de processeurs, des configurations de mémoire et des interfaces, afin de répondre à l’évolution des besoins informatiques tout en réduisant les coûts.

En outre, un écosystème numérique connecté garantit que chaque évolution du cahier des charges des logiciels ou du silicium est immédiatement répercutée dans le jumeau numérique complet du système. À mesure que les configurations des logiciels et des composants à semi-conducteurs mûrissent, les équipes chargées des parties électrique et mécanique peuvent effectuer leur travail de conception en disposant des informations les plus récentes, en prenant en compte chaque incidence qu’un changement logiciel pourrait avoir sur leurs systèmes respectifs.

Dans l’exemple du véhicule électrique, le jumeau numérique garantit que les incidences globales d’une modification logicielle seront comprises par l’ensemble de l’écosystème du produit. Les développeurs de logiciels peuvent ainsi optimiser la modification afin d’obtenir le comportement souhaité, tout en réduisant au minimum les répercussions externes. Une fois les modifications logicielles finalisées, les nouvelles exigences peuvent être transmises aux équipes concernées afin qu’elles commencent à mettre à jour leurs conceptions en conséquence.

Accepter la complexité pour gérer le développement piloté par les logiciels

L’influence grandissante des produits définis par logiciel continue de transformer les secteurs d’activité, ouvrant de nouvelles perspectives en matière d’innovation et d’efficience. Dans le même temps, la dépendance croissante à l’égard des logiciels introduit de nouvelles complexités, ce qui nécessite une approche plus intégrée du développement. La convergence des progrès réalisés dans les domaines des logiciels et des semi-conducteurs a accéléré la demande de solutions silicium personnalisées, optimisant la puissance de calcul pour des applications spécifiques. La numérisation, en particulier grâce au jumeau numérique, est devenue un outil essentiel pour gérer ces interdépendances, car elle permet une collaboration et une validation en temps réel entre les équipes interfonctionnelles.

Au bout du compte, pour prospérer à l’ère du « défini par logiciel », il faudra s’engager à investir dans l’infrastructure numérique afin de mettre en place un jumeau numérique complet. En adoptant la technologie du jumeau numérique, les entreprises peuvent rationaliser l’innovation, limiter les risques et créer des produits leur permettant de se démarquent davantage de la concurrence. À mesure que les secteurs d’activité continuent d’évoluer, ce sont les entreprises qui déploient le plus efficacement ces technologies qui façonneront la prochaine génération de produits intelligents et interconnectés. Siemens est à la pointe de la création des jumeaux numériques de demain, définis par logiciel et basés sur l’IA et le silicium.

Pour en savoir plus sur le jumeau numérique le plus complet au monde, rendez-vous sur le site www.siemens.com/software .

À propos de l’auteur

Craig Johnson a rejoint Siemens en 2021 et occupe actuellement le poste de vice-président de la stratégie chez Siemens EDA. Précédemment, il avait rejoint Cadence en 2004, où il avait occupé des postes de direction dans les domaines de la planification stratégique, du marketing, des fusions-acquisitions et des technologies de l’information. Auparavant, il avait travaillé dans le marketing stratégique et les opérations chez Intel. Il est titulaire d’un MBA et d’un Bachelor of Science en génie électrique et informatique de l’université Brigham Young.