Small-Form-Factor-Designs Mit COM Express in die Zukunft

Beim COM-Express-Standard bleiben Steckverbinder und Pin-Belegungen stets gleich, auch wenn die Module schrumpfen.
Beim COM-Express-Standard bleiben Steckverbinder und Pin-Belegungen stets gleich, auch wenn die Module schrumpfen.

Mit zahlreichen Erweiterungen in der Revision 2.0 des »COM Express COM.0«-Standards will das PICMG-Konsortium COM Express fit für die aktuellen und zukünftigen Anforderungen der Embedded-Industrie machen. Zudem gibt es Tendenzen, mit weiteren Lösungen den Standardgedanken für »Computer-on-Modules« auszuweiten.

Bereits seit einiger Zeit ist die aktuelle Spezifikation des COM-Express-Standards (COM Express COM.0 Revision 2.0) der »PCI Industrial Manu-facturers Group« (PICMG) verfügbar. Mit ihr hat das Konsortium auf die neuen Funktionen in den aktuellen Prozessorfamilien von Intel, AMD und anderen Herstellern reagiert. Ein Blick auf einige Details der Veröffentlichung zeigt deutlich den Ansatz der PICMG, zukünftigen Small-Form-Factor-Entwicklungen (SFF) ein tragfähiges Fundament zu geben: Einige ältere Schnittstellen sind aus dem Feature-Set verschwunden und haben Platz für zukünftige Techniken gemacht. Auch wurde der stärkere Einfluss von Grafik und Display berücksichtigt.

Durch diese Optimierungen ist nun auch der Weg frei für noch kleinere COM-Express-Formfaktoren. Dies ist unter anderem der Erweiterung des Standards um das »Typ 10«-Pin-out zu danken, einer Weiterentwicklung des »Typ 1«. Typ 10 geht auf die Anforderungen neuerer, sehr kompakter Prozessoren ein, so sind beispielsweise die Pins in den Reihen A und B, die bei Typ 1 für die SATA-Ports 2 und 3 reserviert waren, bei Typ 10 nicht mehr damit belegt. Dies ist auch nicht nötig, da moderne Zweichip-SFF-Lösungen meist nur zwei SATA-Schnittstellen anbieten. Die Pins wären zwar weiterhin als SATA-Ports verwendbar, sind aber nun für alternative Zwecke reserviert, wie zum Beispiel USB 3.0. Aus demselben Grund bleiben bei Typ 10 die Pins für die PCIe-Lanes 4 und 5 frei und können auch für kommende Techniken verwendet werden.

Hier macht sich die COM-Express-Spezifikation zunutze, dass SFF-Prozessoren meist bis zu vier PCIe-Lanes bieten. Die frei gewordenen Pins auf den Modulsteckern des Ultra-Standards lassen sich für neue Zwecke nutzen. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass Typ 10 die Pins des zweiten LVDS-Kanals, TV-out und VGA für die Unterstützung des SDVO-Ports (bzw. alternativ DisplayPort oder HDMI) via DDI nutzt. Dadurch verfügen ultrakompakte Module mit Typ 10 jetzt auch offiziell über Dual-Display-Support, da diese weiterhin einen LVDS-Kanal separat unterstützen.

Optimiert für neue Prozessoren

Damit passt der Pin-out-Typ 10 sehr gut zu den neuesten SFF-Prozessoren beispielsweise von Intel, AMD oder ARM. Das hat einzelne Computer-on-Module-Hersteller bereits zu Produktinnovationen angeregt, die die Zukunftsfähigkeit des Standards unterstreichen. So ging bei Kontron vor kurzem etwa das Modul »nanoETXexpress-TT« in Serie, das auf Intels Atom-Prozessor »E6xx« basiert und den Spezifikationen des neuen Pin-out-Typs 10 entspricht.

Das neue Modul eignet sich besonders für extreme Betriebsumgebungen, handelt es sich doch um das erste ultrakleine Computer-on-Module, das mit offizieller Unterstützung durch den Prozessorhersteller im erweiterten industriellen Temperaturbereich »E2« von -40 °C bis +85 °C arbeitet. Auch haben die Modulhersteller bereits die Spezifikationen ihrer Small-Form-Factor-Produkte - vor allem vor dem Hintergrund des neuen Pin-out-Typ 10 - auf die aktuelle COM-Express-Spezifikation abgestimmt. Mit den ultrakleinen, kompatiblen Modulen, die das COM-Express-Ökosystem erweitern, sind Entwickler im Embedded-Bereich also gut für den Trend in Richtung SFF-Designs gerüstet. Die Mehrzahl der extrem kleinen Designs mit Pin-out-Typ 1 und -Typ 10 folgt bereits diesem Format.

x86 kontra ARM?

Trotz dieses sicheren Fundaments gibt es derzeit in der Branche Tendenzen, das durch x86-Designs abgedeckte Feld für COM-Express-Module zu erweitern. Ein Beispiel dafür sind neue SFF-Designs, die statt auf bewährte x86-Prozessoren auf ARM/RISC-Architekturen setzen. Auf den ersten Blick bieten diese einige Vorteile: Die Chips sind kostengünstig, brauchen sehr wenig Strom (<2 W) und erlauben einen extrem flachen mechanischen Aufbau. Außerdem sind sie auf eine relativ lange Lebenszeit ausgelegt.

Mit der Entscheidung für ARM/RISC sind jedoch auch einige Nachteile verbunden: Die verfügbaren COTS-Designs (Commercial Off The Shelf) auf Modulebene sind wenig kompatibel mit den x86-Schnittstellen, und bestehende x86-Kunden benötigen somit zumeist spezifisch angepasste Designs. Auch gibt es derzeit eine unübersichtliche Vielzahl von proprietären Modulen. Es stellt sich also erneut die Frage, welcher Modul-Formfaktor sich langfristig durchsetzen kann. Diese Frage zu klären braucht erneut Zeit, offizielle Gremien und nicht zuletzt starke Player, die diese Spezifikationen auch in De-facto-Standards umwandeln. Aus diesem Grund befasst sich Kontron derzeit intensiv mit Konzepten zur kundenoptimalen Implementierung dieser neuen Techniken und plant, in Kürze eine Formfaktor-Strategie vorzulegen und damit vielen Kunden in diesem Bereich Investitionssicherheit zu bieten.

Designs auf COM-Express-Basis bieten Entwicklern bis dahin und auch darüber hinaus einen geradlinigen und langfristig gültigen Weg: Sie verfügen über eine genau definierte »Go-to-Market«-Strategie, die Software kann leicht adaptiert werden, die Schnittstellen sind über Generationen hinweg konsistent, und die Carrier-Boards können für neue Modulgenerationen wiederverwendet werden. Außerdem können sich die Entwickler dank des COM-Express-Standards sicher sein, dass die Features zu den spezifizierten Pin-out-Typen passen. Mit einem Wort: Für die Entwickler ist die Arbeit einfach und kostengünstig, und auch das Ökosystem ist sehr üppig.

Über den Autor:

Gerhard Szczuka ist Produktmarketing-Manager bei Kontron Embedded Modules