Qu’est-ce que l’Energy Management ?

par Stephen Capelli, Hardware Designer

 

L’Energy Management est la capacité d’un produit à gérer sa ressource en énergie et adapter son comportement pour utiliser au mieux l’énergie disponible. Du wearable au datacenters, chaque produit doit prendre en compte ses besoins et contraintes pour gérer ses ressources. Explications.

 

Energy Management ou Gestion de l’Énergie

 

La gestion d’énergie est tout d’abord l’action monitorer les ressources en énergie pour savoir ce qui est disponible. C’est aussi et surtout l’importance d’adapter son comportement pour consommer à bon escient.

Chaque produit couvre une gestion d’énergie différente. L’Energy Management impose donc d’identifier les objectifs et les contraintes de ces derniers.

 

Pourquoi faire de “l’Energy Management”?

 

Pour consommer à bon escient

Quand un appareil dispose de peu de ressources, consommer à bon escient est un besoin vital. C’est notamment le cas des technologies portables, les “wearables”, qui fonctionnent souvent à l’aide de piles boutons.

De même, les produits dits de “harvesting” ne peuvent pas consommer plus que ce qu’ils produisent. Sans pile, ils dépendent du solaire, du vent, vibrations, ils produisent souvent faiblement et donc doivent également consommer peu.

Beaucoup de produits fonctionnent sur batteries et exigent alors d’être rechargés. Bien qu’une téléphone peut se permettre de s’épuiser, il en serait impossible pour un airbag connecté ou un dispositif d’alerte par exemple. Consommer faiblement devient donc essentiel face aux contraintes utilisateurs.

 

Pour optimiser sa consommation

Réduire sa consommation en énergie est bien évidemment un gain économique voir même un enjeu. Par exemple, les datacenters utilisent de plus en plus le solaire pour des raisons économiques.

L’Energy Management est également encouragé par certaines réglementations comme la directive EcoDesign poussant les appareils électrodomestiques à limiter leurs consommations en veille.

 

Pour éviter les interventions

 Lorsqu’il s’agit d’objets disséminés dans la nature, ou dans une usine,  l’Energy Management consiste à rechercher la meilleure ressource en énergie pour réduire ses coûts annexes à la production et à la consommation. “En effet, il serait économiquement inconcevables qu’un technicien change  toutes les batteries d’un parc de quelques milliers d’objets !”

 

Pour apprendre et améliorer le produit

L’Energy Management est également un outil pour mieux appréhender son produit, son utilisation, ses contraintes et limites. La meilleure connaissance des usages permet d’augmenter sa fiabilité et sa disponibilité. Grâce à la gestion d’énergie, l’optimisation des usages du produit devient alors possible.

 

energy management - optimisation

Pour des raisons de confort

Plus un produit consomme d’énergie, plus il va générer de la chaleur, de bruit et devenir une nuisance sonore pour son utilisateur. Par exemple, certains PC portables sont de véritables bouillottes à ventilateur, même non sollicités.
A l’échelle des datacenters, le refroidissement est un véritable enjeu pour l’optimisation d’énergie.

 

L’Energy Management, le guide d’implantation

Comprendre le produit et ses contraintes nécessitent de se poser les bonnes questions pour optimiser ses ressources en énergie. L’Energy Management est une étape primordiale pour le bon déroulement du projet. Pour cela, Rtone vous préconise ces 4 questions à se poser préalablement :

 

1.Quelle source d’énergie ?

Secteur, pile, batterie rechargeable, solaire ? De quelles sources d’énergie, mon produit peut t’il disposer? Doit-il les partager ? Et à quel moment peut-il les utiliser ?

 

2. Quelles sont les contraintes mécaniques et environnementales ?

L’encombrement, la forme, le poids, l’étanchéité, la température (d’utilisation, mais aussi de charge) : toutes ces contraintes ont un impact.
Très souvent, le choix de la batterie est déterminant dans le choix de la solution. Néanmoins, cela ne doit être le seul paramètre à prendre en compte.

 

3. Quelles sont les fonctionnalités du produit ?

Que doit faire le produit ? De la conversion d’énergie ? Du processing ?
Et la communication dans tout çà? Quel volume de données doit être échangé ? A quel moment ?

Surtout, il faut se demander quelles fonctions sont essentielles, et lesquelles sont optionnelles ou superflues, afin de ne pas sur-contraindre.

 

4. Quel est le profil d’utilisation ?

Cette dernière question est souvent celle qu’on a tendance à oublier. Difficile en début de projet de savoir comment et quand l’objet va communiquer, se mettre en veille ou se réveiller. Même si on en a une idée, celle-ci n’est pas toujours claire et va évoluer avec le temps.

 

 

Un Projet ? 

Architecture : le temps des compromis

Une fois les besoins et contraintes identifiés, il est important de proposer une architecture. Celle-ci sera le résultat de compromis, afin d’apporter la solution la plus adaptée. Le risque : vouloir faire trop. Trop gros, trop cher, trop long… 

Compromis sur les choix techniques

– Choisir entre énergie et puissance de calcul (MCU ou CPU)

– Choisir entre énergie et débit, portée, latence pour la liaison de communication – Choisir entre taille de batterie et temps de fonctionnement avant recharge

Compromis entre la consommation et coût de développement

Optimiser une consommation peut coûter très cher. Les premiers 80% sont facilement atteints, les 20% restants peuvent demander beaucoup d’efforts… Nécessaires?

A ne pas oublier :

On pense souvent à la phase de mise en veille. La phase de réveil est elle, souvent oubliée. Comment le produit doit-il se réveiller ? Par accès “remote” ? Et comment le produit est-il mis à jour ? “Over the air” ? Et par qui ?

La réalisation: éloge du “savoir faire” et du “savoir ne plus faire”

energy management - consumption profile   Une fois l’architecture produit définie la partie hardware doit être réalisée. Il existe pléthore de solutions, et chaque jour, les fabricants sortent de nouveaux CPU et MCU, toujours plus performants.

Les architectures multi-core permettent toujours d’avantages de calcul, et toujours moins de consommation.

Les modem LTE-M, NB-IoT ne sont plus simplement pilotés en commande AT par un MCU externe, ils embarquent le MCU et proposent une solution “tout-en-un”.

Les problématiques de veille ( Standby ? Sleep ? Deep Sleep? ) restent présentes, mais les solutions techniques existent pour atteindre l’idéal d’ultra-low power et ultra-high processing.

L’effort pour atteindre cet idéal n’est toutefois pas à sous-estimer.

Il faudra bien connaître les MCU-CPU pour bien les exploiter.

Il faudra faire attention aux chimères de la demoboard, et aux pièges de l’alinéa (éteint, le produit ne consomme plus… mais il ne se réveille plus non plus…).

La complexité d’un design peut révéler des pièges subtils, tels les partial power-down et les fuites. Les codes exemples fournis par les fabricants sont souvent “fonctionnels”, mais rarement optimisés.

Il faudra toujours chercher la simplicité. Mais celle-ci, souvent se cache aux yeux des moins avertis. L’expérience et la connaissance sont primordiales pour réussir. Mais le changement est permanent. Nouvelles technologies, nouveaux composants, nouveaux protocoles…

Et si la mise en oeuvre logicielle peut être délicate et requiert beaucoup d’expérience, l’optimisation hardware peut s’avérer encore plus compliquéeIl faut “mettre les mains dedans”, et l’observation et l’optimisation peut nécessiter des outils, des compétences que l’on ne disposent pas, mais surtout du temps, beaucoup de temps que l’on a rarement.

Conclusion

L’ Energy Management est devenu une nécessité et sa bonne mise en oeuvre peut être établie grâce aux quatre questions énoncées. Elle implique  également de bien connaître le produit, ses besoins, et de confronter ce besoin à la réalité, ses contraintes, et son usage réel. Pour le réaliser, Rtone vous propose quelques simples recommandations :

  • Rationaliser : faire utile, donner de la valeur et gérer des compromis.
  • Anticiper : faire des (bons) choix, au bon moment,
  • Décorréler : simple = facile
  • Vérifier et Tester : analyser, et rapidement faire du dérisquage, et corriger, si besoin
  • Savoir s’arrêter : l’art de l’optimisation. Good Enough is better than perfect.

La méthode Agile, largement utilisée à Rtone est un outil qui peut s’avérer très précieux pour mieux agréger ces recommandations au sein du projet. Méthode, connaissances, et expérience sont autant d’atouts pour réaliser et atteindre vos objectifs d’Energy Management, adapté au produit.

Les workshops Rtone

Rtone organise des workshops pour vous permettre d’identifier toutes les problématiques de votre projet et savoir ce qui a de la valeur pour votre produit. Nos workshops vous permettent ainsi de bien démarrer un projet en vous aidant à bien comprendre vos besoins au-delà de ceux que vous exprimez !

 

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