Lüfterloser Box-PC Leistung mit »Atom«

Die »Atom«-Prozessoren von Intel konnten stets mit ihrer geringen Verlustleistung punkten, waren jedoch in ihrer Rechenleistung sehr begrenzt. Mit der aktuellen Generation ändert sich dies, und die Spar-Prozessoren werden auch für anspruchsvollere Anwendungen tauglich.

Seit Einführung der CPU-Plattform »Atom« hat der Hersteller Intel nichts Wesentliches an der Mikroarchitektur geändert. Die Verbesserung der Prozessorfamilie beschränkte sich auf einige Erweiterungen, wie beispielsweise Dual-Core, Intel64-Befehlssatz, Hyperthreading und HD-Grafik. Mit der relativ geringen Grafikleistung ohne Turbomodus und ohne effiziente Verarbeitung interner Befehlsketten (Out-of-Order-Execution) waren die Bausteine für zahlreiche Anwendungen nicht geeignet. Da Intel lange keine neue Prozessorgeneration im unteren und mittleren Performance-Level entwickelt hat, konnte die ARM-Architektur in den letzten Jahren kräftig an Boden gewinnen.

Mit deutlich mehr Rechen- und vor allem Grafikleistung als die Vorgängergeneration bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch wartet die aktuelle Atom-Plattform »E3800« (früherer Codename »Bay Trail«) auf. Die auf Performance pro Watt optimierten Prozessoren ermöglichen zahlreiche neue Systementwicklungen in unterschiedlichen Märkten, bei denen es auf kompakte Bauweise und/oder lüfterlosen Betrieb ankommt.

Die E3800-Familie bietet eine Reihe von Techniken, die bereits von den »Core«-Prozessoren der vierten beziehungsweise dritten Generation bekannt sind: Erweiterung der Mikroarchitektur, Out-of-Order-Execution, Integration leistungsfähiger Grafik und verbessertes Power-Management (Bild 1). »Turbo Boost« erlaubt es, einzelne Cores und die Grafik höher zu takten, sodass sich bei Bedarf die Spitzenleistung deutlich steigern lässt. Die in den Single-Chip-Bausteinen integrierte »Gen 7 Graphics« verfügt über hochauflösende 3-D-Funktionen und bietet die Hardware-Codierung/Decodie¬rung von HD-Videos verschiedener Standards, darunter H.264, MPEG2, MVC, VC-1, WMV9 und VP8. Darüber hinaus werden DirectX 1.1, OpenCL 1.1 und OpenGL 3.2 unterstützt.

Erstmals bietet der Hersteller mit der E3800-Familie neben Single- und 
Dual-Core-Atoms auch Versionen mit vier Kernen an. Die Rechenleistung des Quad-Core-Flaggschiffs der E3800-Familie liegt laut Hersteller fünfzig bis hundert Prozent über jener der Vorgängertypen. Die CPUs werden in einer 22-nm-Tri-Gate-Transistortechnologie gefertigt. Das spezielle Power-Management trägt zusätzlich zu einer optimierten Energieeffizienz bei vergleichsweise hoher Rechenleistung bei. Es werden zahlreiche Stromsparmodi und Intels »Speedstep«-Verfahren unterstützt. Mit der Virtualisierungsarchitektur »VTx« und der eingebauten »Security Engine« lassen sich auch besonders sichere Systeme konstruieren. Dies ist besonders wichtig für Anlagen in der Fabrikautomatisierung, die im 24/7-Betrieb arbeiten. Mit AES-NI (Advanced Encryption Standard New Instructions) zur Datenverschlüsselung lassen sich die zu übertragenden und gespeicherten Daten in Echtzeit verschlüsseln, ohne die CPU zu belasten.

Passive Kühlung reicht

Auf diese Prozessorplattform ist der Box-PC »DSM EN-A3« von MSC Technologies zugeschnitten (Bild 2). Das Embedded System zeichnet sich durch seine Abmaße von 200 mm x 200 mm x 51 mm aus. Dank der vergleichsweise ge-ringen Verlustleistung der CPU arbeitet der Industrierechner im gesamten Betriebstemperaturbereich von 0 °C bis +45 °C ohne Lüfter, wobei das Industriegehäuse als Kühlkörper fungiert. Damit ist der Rechner auch für den Einsatz in staubiger Industrieumgebung geeignet.

Der EN-A3 bringt neben kleinen Abmessungen und passiver Kühlung auch verschiedene, im industriellen Umfeld benötigte Schnittstellen mit. Beispielsweise eignet sich der Box-IPC dank seiner zwei LAN-Schnittstellen als Gateway in der Automatisierungstechnik. Über zwei externe MiniPCI-Express-x1-Steckplätze ist der Rechner mit unterschiedlichen Erweiterungskarten flexibel ausbaubar und lässt sich etwa auf M2M-Anwendungen hin optimieren. Darüber hinaus lässt sich eine drahtlose Anbindung implementieren. In der Energietechnik steht der Wunsch nach einer langen Lieferbarkeit des Produkts im Vordergrund, da die Installationen in der Regel mehrere Jahrzehnte arbeiten. Auch die Gebäudeautomatisierung oder Internet-of-Things-Anwendungen versprechen für die nächsten Jahre interessante Applikationen. Dank seiner Grafikleistung kann der kompakte Box-PC verstärkt in Visualisierungsanwendungen zur Ansteuerung großformatiger Displays zum Einsatz kommen, etwa zur Prozessvisualisierung in Werkshallen.

Das Herz des Rechners ist ein speziell entwickeltes Mini-ITX-Board, das als Standardmodul (Building Block) zukünftig in unterschiedlichen Rechner der Marke DSM von MSC Technologies, etwa in der »NanoServer«-Familie, zum Einsatz kommen soll. Durch den Einsatz solcher vordefinierter Module lässt sich die Entwicklungszeit verringern. Die standardisierten Building-Blocks, angefangen von Computer-on-Modulen (COM) und anwendungsspezifischen Trägerboards bis zu IPC-Gehäusen, werden auf Basis von Kundenwünschen definiert. Mit ihnen lassen sich rasch passende Produkte für unterschiedliche Märkte erstellen.

Standardmäßig wird der EN-A3 mit dem Atom-Prozessor »E3845« mit vier Kernen geliefert, der mit 1,91 GHz getaktet wird und 2 MByte Cache enthält. Die TDP (Thermal Design Power) liegt bei 10 W. Auf Anfrage stehen auch die Dual-Core-Ausführung »E3826« (1,46 GHz) und die Single-Core-CPU »E3814« (1,46 GHz) zur Verfügung. Der DDR3-Arbeitsspeicher lässt sich von den gelieferten 4 GByte auf eine maximale Speicherkapazität von 8 GByte erweitern.

Die beiden Grafikausgänge können als VGA, DVI-D oder DisplayPort ausgelegt werden. Neben zwei Gigabit-LAN-Schnittstellen stehen ein USB-3.0-Port, vier USB-2.0-Buchsen, vier serielle Anschlüsse (RS-232, davon einer als RS-232/422/485), Audio und ein internes Serial-ATA-Interface für ein SATA-II-300-Gerät zur Verfügung. Zur Datenspeicherung ist in den Industrierechner eine 30-GByte-SSD mit 2,5 Zoll oder größer eingebaut, die ohne beweglichen Teile und aufwendige Verkabelung auskommt. Auf dem Board finden sich zwei Mini-PCI-Express-x1-Steckplätze, wobei ein Slot auch als mSATA-Einschub funktionieren kann. Optional besteht so die Möglichkeit, das System zusätzlich mit einer mSATA-SSD auszustatten.

Der Box-IPC verfügt über einen 12-V-/24-V-Weitbereichseingang und wird mit einem externen 120-W-Netzteil geliefert. Das Gehäuse des EN-A3 ist auf Anfrage in jeder gewünschten Farbe, auch mit Firmenlogo, erhältlich. Im Lieferumfang enthalten sind alternativ Montageschienen zur Wand- oder Tischmontage, ein separater Hutschienenhalter oder eine Montageplatte für eine VESA-Halterung, beispielsweise zum Anbau hinter einen Bildschirm.

Über den Autor:

Christian Lang ist für MSC Technologies tätig.