Das Atom-Zeitalter

Nach Pentium-M und Multi-Core läutet Intel mit der Atom-CPU und dem Controller-Hub die nächste Miniaturisierungsrunde bei x86-kompatiblen Embedded- und Automatisierungsgeräten ein.

Nach Pentium-M und Multi-Core läutet Intel mit der Atom-CPU und dem Controller-Hub die nächste Miniaturisierungsrunde bei x86-kompatiblen Embedded- und Automatisierungsgeräten ein.

Die letzten zwei Jahre hat das Thema Multi-Core-Prozessoren den Embedded- und Industrial-Computing-Markt bestimmt. Seit Anfang März sorgt Intels Atom-CPU und der dazugehörige System-Controller-Hub für Furore: Primär für Consumer-Geräte wie PDAs und MIDs (Mobile Internet Devices) gedacht, ist der in 45-nm-Technologie gefertigte Prozessor aber auch für Anbieter von Automatisierungskomponenten und für Embedded-Geräte interessant. Der Grund: Selbst bei 1,6 GHz Taktfrequenz liegt die maximale thermische Verlustleistung (TDP: Thermal Design Power) bei gerade 2 W. Zum Vergleich: Die in 90-nm-Technik gefertigte Celeron-M-CPU (ULV 373 Prozessor mit 1,0 GHz) hat eine TDP von 5 W. Ein geringerer Stromverbrauch macht sich auch in der Abwärme bemerkbar, sodass komplett lüfterlose Designs in vollständig geschlossenen Gehäusen möglich werden, beispielsweise lüfterlose Embedded- oder Panel-PCs und Hutschienen-Rechner bis hin zu kleinsten Embedded-Steuerungen und Bedien-Terminals. Ebenso sorgt der im Vergleich zu Notebook-Lösungen geringere Stromverbrauch für längere Akkustandzeiten.

Zusammen mit dem geringen Platzbedarf von Controller-Hub (22 mm × 22 mm) und Prozessor (13 mm × 14 mm) sowie dem problemlosen Zugang zum Internet und den flexiblen Softwarekonfigurationen (x86-Kompatibilität) kristallisieren sich mobile Embedded-Applikationen als erster großer Zielmarkt für Atom-Implementierungen heraus: Eine Vielzahl von OEM-Kunden, die bisher RISC-basierte Prozessoren in „rugged“ Handhelds für Paketdienste, in mobilen Barcode-Scannern oder in Parametrierund Diagnosegeräten einsetzen, werden ihre Geräte auf die Intel-Plattform umstellen. Ebenso lassen sich die für viele Instandhaltungsarbeiten noch notwendigen Notebooks durch kleinere Handhelds ersetzen. Hinzu kommt das breite Anwendungsgebiet im Bereich POS/ POI, beispielsweise in solarbetriebenen Ticket- und Verkaufsautomaten. Auch die industrielle Automatisierungstechnik, traditionell ein großer Markt für Embedded-Computer, wird das Potenzial einer x86-kompatiblen CPU mit hoher Energie-Effizienz nutzen.

COM-Express definiert über die beiden Pinout-Spezifikationen Typ 1 und Typ 2 alle relevanten Interfaces, die für das Design individueller Carrierboards heute und in Zukunft benötigt werden. Dazu zählen beispielsweise PCIexpress, PCI, PEG (PCIexpress for Graphics), USB 2.0, Gigabit-Ethernet und Seriell-ATA. Auch der spezifizierte Steckverbinder ist zukunftssicher, da er eine geringere Dämpfung als die Direktstecker (auf der Leiterplatte angebrachte Kontakte) aufweist. Dadurch sind längere Leitungslängen auf dem Carrierboard möglich. Dies ist ein wichtiger Punkt, denn die möglichen Leitungslängen werden aufgrund der Green-IT-Bestrebungen der Prozessorhersteller langfristig weiter reduziert, um Leitungsverluste und Störstrahlungen zu verringern. Eine zu hohe Dämpfung des Direktsteckers würde die Leitungslänge folglich unnötig weiter beschränken und könnte so zum Problem bei der Carrierboard-Entwicklung werden. Darüber hinaus ist der Steckverbinder von COM-Express wesentlich schock- und vibrationsbeständiger und hat ein besseres EMV-Verhalten. Spätestens bei der Implementierung von PCIexpress der zweiten Generation wird die Taktrate und damit auch die Frequenz auf 2,5 GHz verdoppelt. Dies führt zwangsläufig zu einem erhöhten Schirmungsbedarf.

Mit 95 mm × 125 mm ist selbst der COM-Express-Formfaktor für Atom-CPUs überproportioniert. Deshalb sind kompaktere Varianten wie microETXexpress (95 mm × 95 mm) bei einem Typ-2-Pinout mit zwei Steckern oder nanoETXexpress (84 mm × 55 mm) für Pinout Typ 1 notwendig. Beide Formfaktoren wurden von der COM-IG (COM Industrial Group) zur Ratifizierung bei der PICMG vorbereitet und eingereicht. Sie unterscheiden sich von der bisherigen COM.0-Spezifikation nur durch ihre Abmessungen. Parallel dazu hat Kontron die nanoETXexpress-Spezifikation veröffentlicht.

Nach ihrer Einreichung brauchen die meisten Spezifikationen drei bis neun Monate bis zur Ratifizierung. Demnach könnten die Entwürfe für nano- und microETXexpress noch in 2008 den Status einer PICMG-Spezifikation erhalten, wenn es keine Änderungsvorschläge oder Einsprüche gibt. Eine rasche Ergänzung der COM-Express-Spezifikation ist notwendig, um den bei CPU-Boards begangenen Fehler nicht zu wiederholen: Die Vergangenheit mit den verschiedenen Formfaktoren wie ETX, STX, UTX, XTX hat gezeigt, dass pro Leistungskategorie (damals ISA- und PCI-Bus) langfristig nur eine Spezifikation Bestand hat. Und COM-Express ist die dominierende COM-Spezifikation für PCI und PCIexpress – und wird es aller Voraussicht nach auch bleiben. sk