Problematische I/Os PCI Express und USB bereiten Kopfzerbrechen

Die nächste Generation der beliebten seriellen Hochgeschwindigkeitsbusse stellt die Hersteller von Embedded-Boards vor neue Herausforderungen. Höhere Kosten, neue Formfaktoren und ein sorgfältigeres Datenblattstudium werden die Folge sein.

Obwohl die endgültige Spezifikation von PCI Express 4.0 erst im nächsten Jahr erfolgen soll – und die entsprechenden Chips noch später kommen – beschäftigt »Gen 4« die Hersteller von Embedded-Systemen schon jetzt sehr stark. Denn es zeichnet sich sehr deutlich ab, dass dieser Generationswechsel nicht so einfach ist wie die vorherigen. Der Grund ist die sehr hohe Datenrate, die u.a. ein neues Basismaterial für die Leiterplatten und neue Steckverbinder erfordert. Das treibt die Preise: Insider rechnen z.B. mit einer anfänglichen Vervierfachung des Preises für eine Backplane.

Die übliche Preiserosion wird mit der neuen Generation auch nicht mehr so schnell erfolgen, wie bislang gewohnt, denn es fehlt die Killerapplikation. Bislang waren die Grafikkarten für PCs die Eisbrecher des Preisgefüges, allerdings haben sie jetzt diese Funktion verloren: Zum einen sind die Grafikprozessoren mittlerweile in die CPUs integriert, zum anderen sinken die Stückzahlen der PCs. Hinzu kommt, dass Tablets und Smartphones als die neuen Lieblinge des Massenmarktes keinen Bedarf für PCI Express 4.0 haben und somit nicht für die Economy-of-Scale herangezogen werden können.

Da neue Steckverbinder erforderlich werden, liegt es für die Embedded-Anbieter nahe, auch über neue Formfaktoren und Standards nachzudenken. Konkrete Ansätze gibt es aber noch nicht, da man noch abwarten will, was das PC-Ökosystem an brauchbaren Komponenten liefern wird, um die Kostensteigerung so gering wie möglich zu halten.

Auch der Generationswechsel bei USB hin zu »Typ C« läuft nicht so harmonisch, wie es die Embedded-Welt bislang gewohnt war. Für die Anwender ist diese neue USB-Version sehr reizvoll, da neben den hohen Datenraten nun auch Bildinformationen und bis zu 100 W an Leistung über ein einzelnes Kabel gleichzeitig übertragbar sind. So lassen sich beispielsweise Monitore mit nur einem Kabel ansteuern und mit Strom versorgen.

Bislang präferierten die Embedded-Board-Hersteller Low-Power-Designs, um mit weniger Abwärme auch weniger Aufwand bei der Kühlung ihrer Baugruppen zu haben. Die neue Stromversorgungsfunktionalität von USB Typ C widerspricht ganz klar diesem Trend: Selbst bei 95% Wirkungsgrad im Wandler liegt die Verlustleistung eines einzelnen 100-W-USB-Ports schon auf dem Niveau eines Low-Power-Prozessors, der bislang größten Hitzequelle des Boards. Mit jedem weiteren 100-W-Port verschärft sich diese Problematik.

Die Embedded-Board-Hersteller wollen deshalb nicht jedem Port die volle Leistung zur Verfügung stellen. Da man dies dem Stecker nicht von außen ansieht, muss der Anwender deshalb verstärkt das Datenblatt zu Rate ziehen. (mk)