Technologieprognosen eines Thinktanks für Elektronikdesign und -tests

Der Aufstieg des Quantencomputings

Die Quantentechnologie hat sich während der COVID-Pandemie sowohl im Innovations- als auch im Investitionsbereich weiterhin positiv entwickelt. 2022 wird ein Durchbruchsjahr für die Quantentechnologie sein. Der Bedarf an hochpräzisen Test- und Messverfahren wird rasant steigen, damit supraleitende Quantensysteme ihr volles Potenzial entfalten können. 

Mehrere Quantencomputer mit je 100 Qubits kommen in die Cloud

Im Jahr 2022 werden mehrere Unternehmen Quantenprozessoren (QPUs) mit 100 oder mehr Qubits für die Cloud auf den Markt bringen. Diese Durchbrüche werden neue Herausforderungen für Geräteentwickler mit sich bringen, darunter die Skalierung (größere Quantencomputer), die Bereitstellung (mehr Kalibrierungen) und die Reproduzierbarkeit (Ausbeute bei der Geräteherstellung) von Quantengeräten.

Durchbrüche bei den Fehlerraten von Zwei-Qubit-Gattern 

Die Fehlerraten von Zwei-Qubit-Gattern stellen derzeit einen wesentlichen limitierenden Faktor für die Leistungsfähigkeit von Quantenalgorithmen in Anwendungen der Finanz-, Pharma- und Logistikbranche dar. Da QPU-Technologien nun Verbesserungen bei den Fehlerraten von Zwei-Qubit-Gattern zeigen, werden im Jahr 2022 Rekordtiefstände beim Systemrauschen erreicht, was die Leistungsfähigkeit von Quantenprozessoren weiter steigern wird. Diese Fortschritte stellen eine neue Herausforderung dar: die zuverlässige und effiziente Messung kleiner Gatterfehlerraten und das Verständnis des QPU-Übersprechens.

Belastbare Lieferketten

Die aktuellen Lieferkettenstörungen (Engpässe bei Halbleiterchips und Rohstoffen, verbunden mit logistischen Problemen wie überlasteten Häfen und Fahrermangel) haben zu Engpässen geführt, die die Produktion auch 2022 weiterhin beeinträchtigen werden. Die Resilienz der Lieferkette ist daher entscheidend für die Fähigkeit von Unternehmen, die anhaltende Volatilität zu bewältigen. Unternehmen werden ihre Anstrengungen verstärkt darauf konzentrieren, ihre Lieferketten zukunftssicher zu gestalten, um sich Wettbewerbsvorteile zu sichern. Darüber hinaus werden nachhaltige Lieferketten Priorität haben, um die Risiken in den Bereichen Umwelt, Soziales und Unternehmensführung (ESG) zu minimieren.

Lieferketten werden agiler und digitaler.
Digitale Technologien werden neue Möglichkeiten im Ökosystem der Lieferkette schaffen. Durch mehr Automatisierung und Transparenz werden Unternehmen flexibler agieren und schneller auf Schwankungen reagieren können.

Die autonome Lieferkette wird Realität werden
Mit zunehmender Verbreitung kognitiver Automatisierung werden Lieferketten intelligenter. Dies führt dazu, dass die Automatisierung Empfehlungen ausspricht, Ergebnisse vorhersagt und schließlich autonom Entscheidungen trifft.

Geschäftskontinuitätsplanung und Risikominderung
Statt sich auf einen einzigen globalen Anbieter zu verlassen, wird es einen Wandel hin zu mehreren Beschaffungsquellen und einer regionalen Verteilung geben, um Störungen zu minimieren. Dies wird ein entscheidender Faktor für die Resilienz der Lieferkette sein.

Design für Resilienz
Das Produktdesign wird standardisierte, leichter zu beschaffende Teile integrieren, wodurch Unternehmen schneller auf Störungen reagieren können. Die Bevorratung mit Sicherheitsbeständen für kritische Komponenten wird den bisherigen Just-in-Time-Ansatz der Lagerhaltung ersetzen.

Die virtuelle Zusammenarbeit wird immer ausgefeilter werden.

Die Pandemie hat Unternehmen gezeigt, dass sie auch mit einer dezentral organisierten Belegschaft erfolgreich sein können. Im Jahr 2022 wird die virtuelle Zusammenarbeit weiter verfeinert, da Unternehmen innovative Technologien nutzen, um die Produktivität zu steigern. Diese neue Welle der ortsunabhängigen Zusammenarbeit wird ein komplexes Netzwerk verbundener Systeme schaffen, in dem Tests und Messungen unerlässlich sind, um ein reibungsloses und sicheres Nutzungserlebnis zu gewährleisten.

• Virtual-Reality-, Augmented-Reality- und Mixed-Reality-Technologien (VR/AR/MR) ermöglichen eine verbesserte Visualisierung. Im Produktdesign erstellen digitale Zwillinge Simulationen von Entwürfen, bevor das physische Produkt gefertigt wird. Diese Simulationen erlauben es verteilten Teams, gemeinsam am Design zu arbeiten, den Gesamtprozess zu optimieren und den Zeit- und Kostenaufwand für die Produktentwicklung zu reduzieren.
• Die Fernüberwachung mit automatisierten Systemen, darunter Roboter in Lagerhallen und Lieferdrohnen für die Logistik, erfasst und konsolidiert Daten, die von Mitarbeitern an entfernten Standorten in Echtzeit geteilt und überwacht werden können.

Unternehmens-IT

Bürgerentwickler werden bis 2025 dominieren
Die größte Herausforderung und Chance für CIOs liegt in der Demokratisierung der IT durch Citizen Developer. Ein Citizen Developer ist einer anderen Geschäftseinheit oder Funktion als der IT zugeordnet. Bis 2027 wird es in Unternehmen fünfmal so viele Citizen Developer wie traditionelle Entwickler geben.

• Das immer schnellere Tempo der digitalen Transformation, bei der jeder Arbeitsablauf automatisiert, optimiert und vernetzt wird, treibt die unstillbare Nachfrage nach immer mehr Apps an.
• Der weitverbreitete Einsatz intelligenter Technologien wie künstlicher Intelligenz (KI), maschinellem Lernen (ML) und natürlicher Sprachverarbeitung (NLP) auf No-Code- und Low-Code-Plattformen ermöglicht es Anwendern ohne Programmierkenntnisse, Automatisierungsprozesse durchzuführen. Dadurch sind CIOs nicht mehr an Ressourcenbeschränkungen gebunden und können ihre digitale Transformation deutlich beschleunigen. Allerdings müssen sie die Benutzererfahrung im gesamten Ökosystem der Anwendungen und Dienste kontinuierlich überwachen und testen.
• Die zunehmende Nutzung von Citizen Developern wird die Sicherheitsanforderungen erhöhen, da CIOs Echtzeit-Einblicke in das Netzwerk benötigen, um die Sicherheit von Citizen Developern und Nutzern zu gewährleisten. Der Aufstieg von Citizen Developern hängt von kontinuierlicher, intelligenter Testautomatisierung ab, die sicherstellt, dass alles wie erwartet funktioniert und die Systeme sicher sind.

In Unternehmenssystemen werden Cloud-basierte, zusammensetzbare Architekturen monolithische Legacy-Architekturen verdrängen.

• IT-Organisationen werden die Digitalisierung ihrer Unternehmen durch die API-basierte Integration von Cloud-Lösungen verschiedener Anbieter beschleunigen, um ein beispielloses Maß an Anpassungsfähigkeit, Funktionalität, Kundenerlebnis, Skalierbarkeit und Robustheit zu erreichen.
• Jedes Unternehmen wird zunehmend von der Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit der Netzwerke seiner Cloud-Service-Anbieter, Lösungsanbieter und Geschäftspartner abhängig sein.
• Netzwerktransparenz und digitale Netzwerk-Zwillingslösungen müssen neue Wege finden, um das erforderliche Maß an Leistung, Zuverlässigkeit und vor allem Sicherheit in den Netzwerken mehrerer Unternehmensgruppen zu fördern.

IoT

Es geht um Abonnementdienste, nicht um Geräte.
Vernetzte Geräte sind branchenübergreifend allgegenwärtig; entscheidend ist nun die Bereitstellung von Abonnementdiensten. Intelligente Technologien werden es Unternehmen im Jahr 2022 ermöglichen, Kunden individuell zu behandeln und hochgradig personalisierte Dienste anzubieten. Zum Beispiel:

• Ein intelligenter Kühlschrank präsentiert Menüoptionen für die Woche basierend auf den individuellen Vorlieben (glutenfrei) und schlägt dann automatisch Einkaufslisten mit dem bevorzugten Lebensmittellieferdienst für alle fehlenden Zutaten für die Mahlzeiten vor.
• Bis 2025 werden diese personalisierten Dienste rasant gewachsen sein und über 50 Prozent der US-Haushalte werden mindestens ein Abonnement haben.

Traditionelle Branchen werden abonnement-/nutzungsbasiert.
Rolls-Royce vermietet seine Triebwerke nutzungsabhängig; Züge werden pro Kilometer geleast. Mit dem Wachstum der On-Demand-Wirtschaft werden Abonnementmodelle auch im Geschäfts- und Verbrauchermarkt Fuß fassen. Dies betrifft unter anderem Autos, Küchengeräte und automatisierte Dienstleistungen. Die vernetzte Infrastruktur wird rechtzeitig über notwendige Reparaturen oder Austausche informieren, da vorausschauende Wartung bis 2024 zum Standard wird, um die Verfügbarkeit dieser Dienste zu optimieren.

Autonome Fahrzeuge tragen zur Verlagerung hin zu Mobilität als Dienstleistung (MaaS) bei.
Die Kombination aus autonomen Fahrzeugen und dem Trend zu abonnementbasierten Diensten ebnet den Weg für eine Welt, in der man kein eigenes Auto mehr benötigt. Bis 2025 werden Verbraucher auf ein Mietmodell umsteigen, das ihnen flexible Mobilität ermöglicht. Ein weiterer Vorteil autonomer Fahrzeuge liegt darin, dass Nutzer ihre Standorte optimieren können, um die prognostizierte Auslastung zu maximieren. So wird sichergestellt, dass jeder, der ein Auto benötigt, auch eines erhält, wenn er es braucht. Dies geschieht durch die Analyse von Echtzeit- und historischen Daten für vorausschauende Analysen und den Einsatz einer minimalen Anzahl an Fahrzeugen.

Das Internet der Dinge wird das Einkaufserlebnis verändern

• Noch vor Ende dieses Jahrzehnts wird es in keinem Einzelhandelsgeschäft mehr Kassen oder Kassierer geben. Intelligente Technologien und RFID-Etiketten werden jeden Artikel erfassen und den Betrag automatisch der Kreditkarte oder dem Bankkonto des Kunden belasten, wodurch das Einkaufserlebnis im Geschäft deutlich vereinfacht wird.
• Bis 2024 werden Roboter sowohl in Geschäften als auch in Lagern/Versandzentren weit verbreitet sein, wodurch die Zahl der menschlichen Arbeitsplätze im Einzelhandel weiter sinken wird.
• Supermärkte werden die nächsten Opfer des Einzelhandelssterbens sein. Da RFID-Etiketten sowohl in Haushalten als auch in Geschäften immer häufiger anzutreffen sein werden, werden Supermärkte direkt vom Lager zum Kunden liefern und somit die Notwendigkeit physischer Filialen überflüssig machen.
• Die Drohnenlieferung wird bis 2025 zur Norm werden, um den Ansprüchen jüngerer Konsumenten gerecht zu werden und die Warenlieferung zu beschleunigen.

Gesundheitsdiagnostik
Ähnlich wie das Internet der Dinge (IoT) die Datenanalyse an den Netzwerkrand verlagert hat, geschieht dies nun auch im Gesundheitswesen. Immer ausgefeiltere und zertifizierte Geräte (wie die Apple Watch) verfügen über Technologien, die es Patienten ermöglichen, verschiedene Diagnosen selbstständig zu Hause und in ihrem eigenen Tempo durchzuführen. Dieser Trend wird sich auf neue Märkte ausweiten und bis 2024 in den meisten Haushalten autonome Lösungen für die Erstdiagnose bereitstellen.

Sicherheit

Die Cyberrisiken in der Lieferkette werden sprunghaft ansteigen.
Mit der zunehmenden Abhängigkeit von Technologie werden Cybersicherheitsrisiken und -schwachstellen für Lieferketten immer besorgniserregender, da Hacker ihr Augenmerk verstärkt auf das industrielle Internet der Dinge (IIoT) und andere kritische Infrastrukturen, einschließlich Lieferketten, richten. Der Aufbau einer resilienten Lieferkette erfordert die Vernetzung des gesamten Ökosystems und die Gewährleistung, dass anhaltende Hackerangriffe erfolglos bleiben.

Bis 2025 wird SecOps die oberste operative Priorität sein.

• Da Sicherheitslücken eine wachsende Bedrohung für alle Branchen darstellen, wird DevOps im Jahr 2022 endgültig von DevSecOps abgelöst werden, da Unternehmen erkennen, dass Sicherheit in einer hypervernetzten digitalen Welt im Mittelpunkt stehen muss.
• IT-Sicherheits- und Betriebsteams werden zusammenarbeiten und Tools, Prozesse und Technologien integrieren, um die Sicherheit von Organisationen zu gewährleisten. Sicherheitsaudits und selbstgesteuerte Angriffe sind die einzig praktikablen Wege zur Risikominderung.

Es werden Standards eingeführt, um die Sicherheit vernetzter Systeme zu verbessern.

• Jedes vernetzte Gerät stellt eine zusätzliche Sicherheitslücke für Hacker dar. Aufgrund der Komplexität vernetzter Systeme fehlte Unternehmen bisher der Überblick darüber, wo genau die Probleme auftreten. Bis Ende 2023 werden Standards eingeführt, die eine einheitliche, sichere Schnittstelle für IoT-Systeme bereitstellen, um die Angriffsfläche zu verringern und eine bessere Transparenz hinsichtlich versuchter und erfolgreicher Angriffe zu gewährleisten.
• In einer zunehmend vernetzten Welt, in der Vertrauen und Sicherheit höchste Priorität haben, werden neue Sicherheitsstrategien unerlässlich sein. Sicherheitslücken zu identifizieren und Schwachstellen zu beheben, bevor Angreifer sie ausnutzen können, verschafft jedem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil.

Digitale Transformation und Vernetzung

Es wird eine unstillbare Nachfrage nach Bandbreite geben.
Die Nachfrage nach Bandbreite wächst ungebremst und explodiert förmlich. In der heutigen Zeit senden und empfangen immer mehr Geräte immer reichhaltigere Inhalte: hochauflösende Bilder, 4K- und 8K-Videos, dynamische, interaktive Erlebnisse wie Multiplayer-Spiele und Telemedizin.

Um die Kundenerwartungen an drahtlose Geräte der nächsten Generation zu erfüllen, sind bahnbrechende Innovationen erforderlich, die eine deutliche Reduzierung von Größe, Gewicht, Stromverbrauch und Kosten (SWaP-C) ermöglichen.
Der unstillbare Bedarf an Bandbreite und Zuverlässigkeit hat zu einer explosionsartigen Zunahme der Komplexität der drahtlosen Infrastruktur geführt – sowohl in der Festnetzinfrastruktur als auch bei den Endgeräten. Neue Funkfrequenzbänder, fortschrittliche Modulationsformate und -techniken tragen zu dieser Komplexitätssteigerung bei. Gleichzeitig sind Verbraucher nicht bereit, höhere Kosten oder größere Endgeräte zu akzeptieren und fordern eine noch längere Akkulaufzeit. Um die notwendigen Reduzierungen von Größe, Gewicht, Leistung und Kosten (SWaP-C) zu erreichen, ist ein vielschichtiger Ansatz erforderlich. Dieser umfasst fortschrittliche Gehäusetechnologien, die die Verbindung hunderter Millimeterwellenkomponenten ermöglichen und gleichzeitig die Ableitung unerwünschter Wärme gewährleisten, sowie bahnbrechende Verfahren in der Mikroschaltungstechnik.

5G wird die digitale Transformation in zahlreichen Branchen massiv beschleunigen.

• Bis zum Ende dieses Jahrzehnts wird sich das Tempo des Wandels weiter beschleunigen. Im Jahr 2022 wird der flächendeckende Ausbau von 5G die Geschwindigkeit des Wandels durch den Wegfall von Bandbreitenbeschränkungen enorm steigern. Bereitstellungen, Gerätezertifizierungen und Netzausbauten werden weiter zunehmen, und mit der Weiterentwicklung offener Funkzugangsnetze (O-RAN) werden auch 5G-Einführungen in großem Umfang folgen.
• 5G-Geräte werden 2022 allgegenwärtig sein. Der Fokus liegt dabei auf neuen industriellen IoT-Geräten mit verbesserter Latenz und Zuverlässigkeit. Die 5G-Abdeckung in ländlichen Gebieten wird weiterhin begrenzt sein, und 5G-gestützte autonome Fahrzeuge (Level 4) werden 2022 noch nicht marktreif sein.
• Die laufenden Investitionen in die 3GPP-Releases 16 und 17 sowie darüber hinaus werden sich auf neue Funktionen wie die Reduzierung der Latenz, die Verbesserung der Zuverlässigkeit und die Positionierung konzentrieren, was neue Anwendungsfälle in Fahrzeug-, Industrienetzwerken und der Fabrikautomation ermöglichen wird.
• 5G wird die nächste Stufe des allgegenwärtigen Rechnens ermöglichen, indem es Intelligenz dort verteilt, wo sie benötigt wird, und die Effizienz jedes Prozesses durch bessere Kontrolle und Abfallreduzierung verbessert.

6G: Es passiert mehr, als Sie denken:

• Bis 2028 werden 5G-Netze flächendeckend verfügbar sein und die ursprüngliche Vision von 5G verwirklichen, indem sie Branchen ermöglichen, die weit über das hinausgehen, was wir heute unter „Mobilkommunikation“ verstehen: Dazu gehören das industrielle Internet der Dinge (IIoT), die digitalisierte Gesundheitsversorgung, Smart Cities und Anwendungen für erweiterte Realität (XR), die aktuell noch Konzepte sind. Die ersten kommerziellen 6G-Netze werden im selben Jahr in Betrieb gehen und den Weg für die Konvergenz der physischen, digitalen und menschlichen Welt durch Anwendungen, Rechenleistung und Kommunikation ebnen. Dies wird schließlich das Internet der Dinge (IoT) schaffen.
• Die Einführung von 6G im Jahr 2028 wird durch bereits laufende Forschungsarbeiten ermöglicht. Zudem werden 2022 verstärkte Investitionen aus Wissenschaft, Politik und Industrie erfolgen. Diese Forschung wird aufzeigen, wie die Vision von 6G Realität werden kann. 6G wird die mobile Kommunikation zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres Berufs- und Privatlebens machen.

Die Einführung digitaler Zwillinge wird die Art und Weise, wie wir Produkte entwerfen, entwickeln und liefern, für immer verändern.

• Im Zuge ihrer Bemühungen um die digitale Transformation erkennen Unternehmen die Grenzen virtueller Systeme und setzen zunehmend auf digitale Zwillinge. Beispielsweise dürfen sich Hersteller in aufstrebenden Branchen wie der Entwicklung autonomer Fahrzeuge keine Fehler erlauben. Mit einem digitalen Zwilling können sie jede mögliche Variante simulieren und das Design kontinuierlich optimieren.
• Digitale Zwillinge bieten einen neuen, effizienteren und praxisorientierteren Ansatz für Design und Simulation, der den wachsenden regulatorischen Anforderungen gerecht wird. Im Gegensatz zu einem virtuellen Modell werden digitale Zwillinge in Echtzeit mit Leistungs-, Wartungs- und Zustandsdaten der physischen Systeme aktualisiert und verbessern so die Entscheidungsfindung. Um mit dem Tempo der digitalen Transformation Schritt zu halten, werden digitale Zwillinge zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Produktentwicklung.

Künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML) und Cloud-Technologien werden zukünftige Netzwerke zunehmend ermöglichen.

• Dies umfasst die Transformation des Kernnetzes und eine verbesserte Mobilität sowie neue Softwaretechnologien, die zunehmend die Telekommunikation ermöglichen werden, darunter O-RAN, 5G-Kernnetz und mmWave-Mobilität.

Künstliche Intelligenz wird auch weiterhin die Bereiche Testen, Analytik und Automatisierung verändern.

• KI/ML ist der Kern der Automatisierung, nicht nur bei der Durchführung von Tests, sondern auch bei der Nutzung der Daten für fundierte Entscheidungen. Es ist deutlich effizienter, den Algorithmus direkt an die Daten anzubinden, anstatt Terabytes an Daten in die Cloud zu übertragen. Daher erwarten wir Fortschritte, die uns helfen werden, schneller Erkenntnisse aus den übertragenen Daten zu gewinnen.
• In der zunehmenden Komplexität einer digitalisierten Welt reicht das alleinige Testen von Code nicht mehr aus. Ab 2022 wird die Codekonformität nicht mehr über die Softwarefreigabe entscheiden. Dies gilt insbesondere für die wachsende Zahl von Systemen, die KI-Technologien nutzen und deren Reaktionen nicht immer deterministisch sind. Daher ist es notwendig, KI-Tests durchzuführen. Intelligente Testautomatisierung wird unerlässlich sein, um sicherzustellen, dass unsere komplexe, vernetzte Welt genau wie gewünscht funktioniert.

Nachhaltigkeit und ESG werden weiterhin ein wichtiger Schwerpunkt bleiben.

Lieferketten werden Nachhaltigkeit integrieren
Um ihre ESG-Risiken zu minimieren, werden Unternehmen nachhaltigen Lieferketten Priorität einräumen. Eine nachhaltige Lieferkette umfasst Folgendes:

• Reduzierung des CO2-Fußabdrucks bei der Versand- und Logistikplanung und Einsatz von CO2-Bilanzierungsplattformen in verschiedenen Systemen zur Überwachung von Emissionsdaten.
• Schaffung einer zirkulären Lieferkette (Reduzieren, Wiederverwenden, Recyceln und Wiederaufbereiten), um Abfälle zu minimieren, die die Umwelt belasten, und um die Kosten für Rohstoffe zu senken.
• Integrität der Lieferkette. Ethik und Compliance werden zunehmend wichtiger, von fairen und legalen Arbeitspraktiken bis hin zu verantwortungsvoller Beschaffung.
• Klimaschonende Lieferkette. Dabei wird bewertet, wie sich Umweltveränderungen auf die Verfügbarkeit von Materialien auswirken und potenzielle Störungen der Lieferkette identifiziert.
• Die Schaffung nachhaltiger Lieferketten erfordert umfassende Tests und Verifizierungen, um den CO2-Fußabdruck zu minimieren.

Nachhaltigkeitsbewertungen für das Haus

• Da Haushalte heutzutage mit vernetzten Geräten überladen sind, wirkt sich dies auf Nachhaltigkeitsbemühungen aus. Bis 2025 werden Energiebewertungen für Häuser das Smart-Home-Ökosystem berücksichtigen und die Effizienz vernetzter Geräte im Haushalt bewerten. Diese Bewertung wird insbesondere für Millennials und die Generation Z zu einem wichtigen Kriterium beim Verkauf und der Vermietung von Immobilien werden.
• Da alles digitalisiert wird, entsteht ein komplexes Netz aus Systemen, Diensten und Anwendungen, die strenge automatisierte Tests erfordern, um sicherzustellen, dass alles nicht nur wie erwartet funktioniert, sondern auch die Umweltauswirkungen minimiert werden.

Die Bemühungen um Klimaneutralität müssen ausgeweitet werden
Das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 erfordert den Einsatz zahlreicher neuer Technologien. Dies allein reicht jedoch nicht aus, um das bereits vorhandene Kohlendioxid in der Atmosphäre zu bekämpfen. Um dies auszugleichen, ist bis zum Ende des Jahrzehnts eine Form der Kohlenstoffbindung oder -abscheidung im industriellen Maßstab notwendig.