COM-Express-Modul von TQ-Systems Für performante Messtechnik-Anwendungen

Bild 1: High-End-COM-Express-Basic-Modul TQMx70EB von TQ mit Intels Core-Prozessoren der 7. Generation (Kaby Lake-H) und bis zu 32 GB DDR4-2400 Speicher.
Bild 1: High-End-COM-Express-Basic-Modul TQMx70EB von TQ mit Intels Core-Prozessoren der 7. Generation (Kaby Lake-H) und bis zu 32 GB DDR4-2400 Speicher.

Intels Kaby-Lake-Prozessoren liefern hohe Rechen- und Grafikleistung sowie schnelle I/Os bei recht geringer Verlustleistung. Durch Prozessormodule lassen sich kundenspezifische Anforderungen effizient mit minimiertem Designrisiko umsetzen wie auch bei anspruchsvollen Messtechnikanwendungen.

von Harald Maier, Business Development Manager für den Bereich x86 / Embedded PCs bei TQ-Systems.

Besonders bei modernen Messtechnikanwendungen stehen sehr große Datenmengen und schnelle Datenverarbeitung im Mittelpunkt. In der Vergangenheit wurden solche Aufgaben oft in zwei physikalische Einheiten gesplittet: Für die schnelle Datenaufnahme und Vorverarbeitung wurden applikationsspezifische Baugruppen entwickelt, meist mit einem FPGA als Herzstück. Für die übergeordnete Datenaufbereitung, Analyse, die grafische Darstellung und die Anbindung ans Netzwerk wurde die Messtechnikeinheit mit einem Laptop, einem Standard-PC oder gar einem Rechner-Rack verbunden. Die Kopplung der Messtechnik- und der PC-Einheit konnte sehr unterschiedlich aussehen. Kritische Parameter waren dabei Datendurchsatz, Latenzzeit und Verbindungssicherheit. Die Kombination der beiden Einheiten zu einer All-in-One-Lösung wurde in vielen Fällen in der Form gelöst, dass die Messtechnik auf einer PCI- beziehungsweise PCIe-Einsteckkarte als Erweiterung in einem Standard-PC realisiert wurde. 

Aufgrund der Abmessungen der Einsteckkarte gab es hierbei aber immer Limitierungen in der Größe und den Steckverbindern nach außen. Zusätzlich wurde die Gesamtgröße oder das Aussehen des Messsystems durch den verwendeten Standard-PC bestimmt. Der nächste Schritt der Integration, der heute als Basis für viele All-in-One-Lösungen in unterschiedlichsten Leistungsklassen genutzt wird, befasst sich mit echten Embedded-Ansätzen. Die Messtechnik steht dabei im Mittelpunkt. Die PC-Funktionen werden mithilfe eines Embedded-CPU-Moduls hinzugefügt. Je nach geforderter PC-Leistungsfähigkeit und Einsatzbedingung kann dabei auf unterschiedliche Standard-Modulformfaktoren wie Qseven, SMARC oder COM Express zurückgegriffen werden.

Durch Innovation und Optimierung steigt die Leistungsfähigkeit von Prozessoren von Jahr zu Jahr. Intels neueste Core-i-Prozessoren können heute das leisten, wofür vor zehn Jahren noch ganze Racks mit vielen parallel arbeitenden CPUs und gegebenenfalls zusätzlichen Grafikkarten benötigt wurden. Dadurch lassen sich auch sehr anspruchsvolle Messtechnik-Anwendungen als All-in-One-Geräte realisieren, die beim Einsatz der verlustleistungsoptimierten Embedded-Mobile-CPUs von Intel auch als lüfterlose Systeme mit hohem IP-Schutzgrad ausgelegt werden können.

Mit der Anfang 2017 vorgestellten Prozessorfamilie Kaby Lake-H stehen nun Intels Core-i- und Xeon-Prozessoren der siebten Generation für performance-intensive Embedded-Anwendungen in der Leistungsklasse von 25 W bis 45 W TDP (Thermal Design Power) zur Verfügung. Diese Quad-Core-Prozessoren mit bis zu 4 GHz Taktfrequenz im Turbo-Modus und 8 MB Cache punkten laut Hersteller durch ein hervorragendes Performance-pro-Watt-Verhältnis. Zudem werden neue Speichermedien wie Intel Optane mit 3D-XPoint-Technologie unterstützt, was den Systemstart beschleunigt und Speicherzugriffszeiten drastisch verkürzen kann.

Um diese Prozessoren für Embedded-Anwendungen schnell und effizient nutzbar zu machen, bieten Embedded-Hersteller wie TQ entsprechende COM-Express-Module an. Das COM-Express-Basic-Modul TQMx70EB (Bild 1) deckt dabei alle Leistungsklassen der Prozessorfamilie ab – vom Core i3 bis hin zum Xeon E3-1500 v6. Das Modul kann mit bis zu 32 GB ultraschnellem DDR4-2400-Speicher ausgestattet werden, sodass auch genügend Ressourcen für rechen- und datenintensive Anwendungen zur Verfügung stehen. Für die Anbindung von externer Peripherie stehen bis zu 24 PCIe-Lanes zur Verfügung (Bild 2).