Embedded-Computing-Plattformen mit geringer Leistungsaufnahme SMARC - die smarte Wahl für Low Power

Bisher sind die meisten Embedded-PC-Formfaktoren für einen Energieverbrauch zwischen 10 und über 100 Watt konzipiert. Doch mit der "SMARC"-Plattforum, ARM-Architekturen und neuen x86-SoCs lassen sich die Vorteile von Standardplattformen in Richtung Low-Power ausbauen.

Mit der zunehmenden Entwicklung der Architekturen für Mobiltelefone und Tablets stehen nicht nur energieeffiziente Systeme sondern auch intuitive Benutzerinterfaces wie Touchscreens und Spracherkennung bereit. Zusammen mit neuen Schnittstellen wird es möglich, die Behandlung in medizinischen Anwendungen zu revolutionieren, ausgeklügeltere Steuerungen für industrielle Anlagen zu entwickeln und die Internetanbindung selbst an abgelegenen, schwer zu erreichenden Orten sicherzustellen. Zudem bieten sowohl ARM- als auch die aktuellen x86er-SoC-Prozessoren eine Skalierbarkeit von Low-Power-Anwendungen bis hin zu den kommenden High-Performance-Computing- und 64-Bit-Plattformen.

Standardisiert oder dediziert?

Die Märkte für Intel x86 und ARM sind historisch durch starke Gegensätze geprägt. So sind die Pinouts und I/O-Schnittstellen der Intel-Prozessoren beispielsweise weit verbreitet, da Intel maßgeblich Standards wie USB, PCIe oder I2C verwendet. Das ARM-Umfeld ist hingegen dedizierter und schon immer höher integriert, um besonders energiesparende Lösungen umzusetzen. Im Unterschied zur PC-Welt, in der das Kernmodul aus Prozessor, North- und Southbridge besteht, liegt der Schwerpunkt im ARM-Markt auf SoCs, die in der Regel für jeweils eine bestimmte Anwendung optimiert sind. Historisch gesehen lag der Fokus von ARM also weit weniger auf dem Aufbau standardisierter I/O-Definitionen; für die meisten SoCs wird auch ein anwendungsspezifisches Board-Design verwendet. Es gibt bei ARM zudem je nach Zielgruppe viele unterschiedliche dedizierte I/O-Optionen. Der Schwerpunkt liegt also deutlich weniger auf generischen Erweiterungen wie PCI Express.

Für ARM-Prozessoren wurde deshalb auch eine Reihe proprietärer Formfaktoren und Anschlussdefinitionen eingeführt, die Kunden jedoch oft an die Angebote eines einzigen Anbieters gebunden haben und die manchmal sogar kaum mehr als eine SoC-Generation lang Bestand hatten. Einige Anbieter behaupten zwar, Standard-Formfaktoren zu verwenden, indem sie ARM-Prozessoren quasi Huckepack auf eine vorhandene x86-Spezifikation setzen. Oft brauchen sie jedoch zusätzliche, nicht standardkonforme Steckverbinder, um nicht durch die primären Anschlüsse unterstützte I/O-Leitungen ausführen zu können. Die »Smart Mobility ARChitecture« (SMARC) wird von einer Reihe von Embedded-Modul-Herstellern unterstützt und bietet eine offene Standard-Definition für Embedded-Computing-Lösungen auf ARM- und x86-SoC-Basis, die auf niedrigen Energieverbrauch sowie hohe Leistung und Wirtschaftlichkeit optimiert ist. SMARC unterstützt besonders kompakte Systemlösungen, die sich mit bislang ausschließlich PC-orientierten Formfaktoren nicht optimal erreichen lassen.

Da die ARM- und x86 SoCs nicht alle Chips der konventionellen PC-Plattformen unterstützen müssen, verbrauchen sie weniger Strom. Dadurch muss auch erheblich weniger Platinenfläche für Stromrichter und Stromversorgungsleitungen reserviert bleiben, und der resultierende kleinere Formfaktor erleichtert den Einsatz von Modulen auf SMARC-Basis in tragbaren und stationären Low-Power-Geräten. Mit der tatsächlichen Stromaufnahme aktueller SMARC-CPU-Module zwischen 2 W und 6 W sind passive Kühlungen und somit eine weitere Reduktion des Designaufwands und der Kosten möglich. Für anspruchsvollere Szenarien erlaubt der Standard bis zu 9 W kontinuierliche Leistungsaufnahme.