Aktuelle Trends bei Embedded-Boards
F&S Elektronik Systeme: »Die Software macht den Unterschied«
Standardisierte Modulformate gewinnen an Bedeutung, hochintegrierte Embedded-SoCs machen das Moduldesign komplexer, Cybersecurity wird direkt im SoC und auf dem Board integriert, und die Software wird zum entscheidenden Differenzierungsmerkmal.
Andreas Kopietz, Key Account Manager bei F&S Elektronik Systeme, erläutert diese Trends näher.
Markt&Technik: Welche Trends zeigen sich derzeit bei Embedded-Boards und speziell bei Computer-on-Modules (CoMs) / System-on-Modules (SoMs)?
Andreas Kopietz: Bei Embedded-Boards und besonders bei CoMs bzw. SoMs sehen wir aktuell mehrere klare Trends: Zum einen gewinnen standardisierte Modulkonzepte wie SMARC oder OSM zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglichen skalierbare Plattformen mit langen Produktlebenszyklen und minimieren zugleich den Entwicklungsaufwand bei einem Prozessorwechsel. Durch standardisierte CoM-Formate lassen sich unterschiedliche CPU-Varianten oder sogar neue Prozessorgenerationen häufig ohne Änderungen am Carrier-Board verwenden. Dadurch sind Produkte flexibel skalierbar, von kostengünstigen Einstiegslösungen bis hin zu sehr leistungsstarken High-End-Varianten, ohne dass ein komplettes Hardware-Redesign erforderlich ist. Zum anderen rückt Edge AI immer stärker in den Fokus. Heutige Module integrieren NPUs, GPUs oder zusätzliche KI-Beschleuniger, um KI-Inferenz direkt an der Edge auszuführen. Gleichzeitig steigen dadurch natürlich die Anforderungen an Speicher, High-Speed-Schnittstellen und Energieeffizienz sehr deutlich.
Inwieweit gibt es im Rahmen von Embedded-Boards einen Trend zu Architekturen mit CoM/SoM und Carrier-Board?
Der Trend hin zu modularen Architekturen mit CoM bzw. SoM und Carrier-Board ist eindeutig erkennbar. Embedded-Entwickler wollen CPU- und Applikationsdesign voneinander entkoppeln, um Produkte schneller an neue Prozessoren, unterschiedliche Leistungsklassen oder Marktanforderungen anpassen zu können. Das Modul vereint dabei die komplexen High-Speed-Schnittstellen, Wi-Fi-Optionen, Speicher und das Power-Management, während das Carrier-Board applikationsspezifische Funktionen integriert. Gleichzeitig werden die besonders anspruchsvollen Layout-Aufgaben, etwa Speicher-Routing, PCIe, USB 3.0, MIPI oder Ethernet mit hohen Datenraten, auf das SoM verlagert sowie vom Modulhersteller entwickelt, validiert und EMV-technisch optimiert. Moderne SoMs verfügen dabei häufig über hochkomplexe PCB-Designs mit bis zu zwölf oder mehr Lagen und machen das Thema Signalintegrität zu einer Kernaufgabe. Beim Carrier-Board dagegen können sich Kunden oftmals auf deutlich einfachere 4- oder 6-Lagen-Layouts konzentrieren, was Entwicklungsrisiko, Kosten und Time-to-Market erheblich reduziert. Dadurch verkürzen sich Entwicklungszeiten, Zertifizierungen lassen sich einfacher durchführen, und die Wartbarkeit über lange Industrie-Lebenszyklen verbessert sich. Besonders in der Industrie ist diese Skalierbarkeit heutzutage eine zentrale Anforderung.
Kundenseitig reduziert sich zudem die Komplexität in der Supply-Chain, weil der Modulhersteller einen Großteil der kritischen Komponenten wie Prozessor, PMIC, RAM oder Flash beschafft, qualifiziert und langfristig absichert. Durch höhere Stückzahlen beim Modulhersteller ergeben sich oft bessere Einkaufspreise und eine höhere Verfügbarkeit als bei kundenspezifischen Eigenentwicklungen. Gleichzeitig lassen sich End-of-Life-Szenarien deutlich besser beherrschen, da bei abgekündigten Komponenten häufig eine kompatible Alternative eingesetzt werden kann, ohne dass das gesamte Carrier-Board oder die Applikation neu entwickelt werden müssen.
Andreas Kopietz, F&S Elektronik Systeme: »Während Hardware heutzutage oft modular und standardisiert aufgebaut ist, entsteht der eigentliche Mehrwert immer stärker durch Software, Security-Konzepte und langfristige Wartbarkeit.«
Welche Entwicklungen zeigen sich bei den Embedded-Prozessoren/-SoCs, die auf den Boards integriert werden, und welche Konsequenzen ergeben sich daraus für die Boards?
Aktuelle Embedded-SoCs entwickeln sich zunehmend zu extrem hochintegrierten Plattformen, die klassische CPU-Kerne mit Echtzeitkernen, Sicherheitsdomänen, NPUs, GPUs, DSPs und umfangreichen Security-Funktionen kombinieren. Gleichzeitig nehmen Speicherbandbreite sowie PCIe-, Ethernet- und Kamera-Interfaces stark zu. Die Konsequenz für Embedded-Boards ist eine deutlich höhere Komplexität beim Layout, bei der Signalqualität, beim Thermal Management und bei der Spannungsversorgung. Zudem müssen Boards heute Cybersecurity- und teilweise Functional-Safety-Anforderungen bereits auf Hardwareebene berücksichtigen. Auch die Speicheranforderungen steigen massiv, weil moderne Linux- und AI-Stacks mehrere Gigabyte RAM und große Flash-Speicher benötigen.
Welche Prozessorarchitekturen werden künftig auf Embedded-Boards dominieren?
Im industriellen Embedded-Markt wird Arm sicherlich weiterhin stark wachsen, besonders bei energieeffizienten und KI-fähigen Systemen. Arm-SoCs bieten heutzutage eine sehr gute Balance aus Performance, Leistungsaufnahme, Security und Langzeitverfügbarkeit. Gleichzeitig profitieren sie von offenen Modulstandards wie SMARC. x86 bleibt dagegen weiterhin wichtig für Anwendungen mit maximaler Rechenleistung, Virtualisierung oder klassischen PC-nahen Workloads. Insgesamt wird der Markt jedoch heterogener: Arm dominiert zunehmend im Bereich Edge AI, HMI, Industrieautomatisierung und IoT, während x86 vor allem in High-Performance- und Server-nahen Anwendungen relevant bleibt.
Das Blockschaltbild des SMARC95AI-Moduls von F&S mit Ara-2-DNPU.
Wie lassen sich Functional Safety und Cybersecurity direkt auf Embedded-Boards integrieren?
Functional Safety und Cybersecurity sind heutzutage unbedingt als ganzheitliches Systemkonzept zu betrachten. Heutige SoCs wie die i.MX-95-Familie von NXP integrieren bereits Hardware-Sicherheitsfunktionen wie Secure Boot, Hardware Root of Trust, isolierte Sicherheitsdomänen oder Secure Enclaves. Zusätzlich unterstützen sie Safety-Mechanismen wie ECC-geschützten Speicher, Watchdogs, Spannungs- und Taktüberwachung sowie die Trennung sicherheitskritischer und nicht sicherheitskritischer Funktionen. Auf Board-Ebene kommen ergänzend Sicherheitschips wie TPM 2.0 oder EdgeLock SE05X, Tamper Detection sowie abgesicherte Update-Mechanismen hinzu. Entscheidend ist dabei das Zusammenspiel von Hardware, Board Support Package (BSP), Betriebssystem und sicheren Update-Mechanismen, um regulatorische Anforderungen wie CRA, RED oder EN 18031 langfristig erfüllen zu können.
Welche Rolle spielt Software künftig bei Embedded-Boards und Computer-on-Modules?
Software entwickelt sich zunehmend zum entscheidenden Differenzierungsmerkmal moderner Embedded-Systeme. Während Hardware wie oben beschrieben heutzutage oft modular und standardisiert aufgebaut ist, entsteht der eigentliche Mehrwert immer stärker durch Software, Security-Konzepte und langfristige Wartbarkeit.
Besonders wichtig werden dabei professionelle BSPs sowie langfristige Software-Updates. Nicht zuletzt auch wegen der regulatorischen Vorgaben erwarten viele Kunden heutzutage schon bei Projektstart klare Konzepte für sichere Updates, Cybersecurity, CVE-Monitoring (Common Vulnerabilities and Exposures) und Software Maintenance über viele Jahre hinweg.
Parallel steigen die Anforderungen an die Integration von AI Frameworks, Container-Technologien und modernen Entwicklungsumgebungen. Themen wie Yocto Linux, Secure Boot, Device Management oder Virtualisierung gewinnen dadurch an Bedeutung.
Für Embedded-Entwickler bedeutet das, dass Hardware und Software heutzutage wesentlich enger zusammen betrachtet werden müssen als noch vor einigen Jahren. Optimale Plattformen zeichnen sich zunehmend dadurch aus, dass sie nicht nur leistungsfähige Hardware bieten, sondern gleichzeitig ein langfristig wartbares und sicheres Software-Ecosystem bereitstellen.