COM-HPC und 12. Generation Intel-CPUs

Aufbruch zu neuen Welten

21. April 2022, 9:00 Uhr | Von Knud Hartung, Senior Product Marketing Manager für Embedded IoT bei Advantech Europe
Advantech
Bild 1: Das Feature Set des COM-HPC-Client-Moduls »SOM-C350« von Advantech
© Advantech

COM-HPC erweitert das bewährte Computermodulkonzept in einen neuen Bereich. Hierbei eröffnen eine Leistung von bis zu 200 W sowie PCIe Gen5 und DDR5 völlig neue Modulklassen. Die CPUs der 12. Generation von Intel setzen neue Maßstäbe bezüglich Effizienz sowie Rechen- und Grafikleistung.

Standardisierte Computer-on-Modules (CoMs) – mitunter auch als System-on-Modules (SoMs) bezeichnet – sind seit mehreren Jahrzehnten eine ebenso einfache wie kostensparende Möglichkeit, innerhalb kurzer Zeit ausgereifte und betriebssichere Systeme zu entwerfen. Hierbei profitieren Unternehmen vom Know-how des Modullieferanten beim Entwickeln und Fertigen von hochkomplexen Systemen und zusätzlich von neuen Technologien wie DDR5-Speicher. Entwickler können sich so auf eigene Anforderungen bei der Peripherie konzentrieren und diese auf einem Träger-Board realisieren. So verbleibt die spezifische Kompetenz im eigenen Unternehmen.

Zudem wird die sich schnell ändernde Prozessortechnik standardisiert, das heißt austauschbar zugekauft. Insbesondere hat sich das bei industriellen eingebetteten Systemen bewährt, wo Unternehmen nicht immer die hohen Stückzahlen erreichen, um kundenspezifische Computersysteme kostendeckend zu entwickeln. Mit den heutigen CAD-Systemen kann der Modullieferant so selbst bei großen Stückzahlen leicht spezielle Single-Board-Applikationen ableiten.

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Grenzen bisheriger Modulstandards

Bisherige Standards im Bereich hoher Leistungen wie COM Express sind bereits einige Jahre alt und in ihrer maximalen Leistung begrenzt. Schwierigkeiten bereiten hier vor allem die aktuell eingesetzten Board-to-Board-Verbinder. Sie sind sowohl bei der Pin-Anzahl als auch bei hohen Datenraten – nach heutigen Maßstäben – nicht mehr zeitgemäß. So ist der heute meistverbreitete CoM-Standard COM Express immerhin bereits mehr als zehn Jahre alt – selbst die aktuelle Version 3.0 ist inzwischen schon über fünf Jahre auf dem Markt. Neue Prozessoren und Interface-Standards wie PCIe Gen4 und 5 ermöglichen mehr Leistung einerseits sowie deutlich höhere Bandbreite andererseits. Gerade die Anforderungen an Bandbreite und Durchsatz haben sich jedoch im Zeitalter der Edge- und Fog-Systeme bei vielen Applikationen deutlich erhöht.

SOM-C350
Bild 2: Advantechs "SOM-C350" ist mit Intels 12. Generation der Core-Prozessoren ausgestattet.
© Advantech

COM-HPC-Applikationen von Advantech

Mit COM-HPC lassen sich ab sofort Computermodule mit Prozessoren mit höherer Rechenleistung sowie mehr und schnellerer Schnittstellen und Speicherbausteine bestücken, als es bei COM Express möglich war. Denkbar sind hier bei einer Board-Größe von 120 × 160 mm2 (Size C) maximale Eingangsleistungen von bis zu 251 W, was je nach Kühlsystem und Anwendung einer thermischen Prozessorleistung (Thermal Design Power, TDP) bis etwa 150 W entspricht. So eröffnet die zwölfte Generation von Intels-Desktop-Prozessoren der Core-i-Serie, auch als Alder Lake-S bekannt, neue Welten bezüglich Leistungseffizienz und Durchsatz.

Mit dieser Prozessorgeneration führt Intel erstmals in der x86-Welt einen hybriden Prozessoransatz ein, was in der Arm-Welt schon lange Standard ist: das Aufteilen von Prozessorkernen in einerseits auf Leistung (Performance Cores) und andererseits auf Energieeffizienz (Efficient Cores) optimierte Kerne. Ergebnis ist eine sehr gute Effizienz gegenüber Mehrkern-CPUs mit einheitlichen Prozessorkernen. Weitere Neuheiten sind schneller DDR5-RAM sowie PCIe Gen5. Ersteres gewährleistet eine hohe Performance der integrierten Grafik und Letzteres einen hohen Datendurchsatz und schnelle Peripherie-Anbindung.

Die modulare COM-HPC-Plattform (»Designed for PCI Gen5«) gewährleistet, dass die Leistungsmerkmale des Prozessors effizient und uneingeschränkt in einer konkreten Board-Implementierung umsetzbar sind. Hierzu wurden zum einen neue, auf hohe Datenraten optimierte Hochleistungs-B2B-Stecker entwickelt. Zum anderen wurde die Pin-Anzahl je Stecker im Vergleich zu COM Express mit 400 statt 220 fast verdoppelt. Als Resultat bietet selbst die auf Grafikunterstützung optimierte Client-Version des neuen Standards einerseits schnelle, andererseits deutlich mehr Datenleitungen (Lanes) als COM Express (Bild 1).

Als langjähriges Mitglied des Standardisierungsgremiums PICMG (PCI Computer Manufacturers Group) war der Embedded-Spezialist Advantech von Anfang an am Entwickeln des COM-HPC-Standards beteiligt und hat sein umfassendes Know-how eingebracht. Diese Kompetenz und das über Jahrzehnte erworbene Know-how des Unternehmens beim Entwickeln von Embedded-Systemen zeigen sich im COM-HPC-Client-Modul »SOM-C350« (Bild 2).

Skalierbarkeit für jeden Einsatzzweck

Aufgrund seiner Bestückung mit den leistungsfähigen und effizienten Hybrid-CPUs der Intel-Alder-Lake-S-Serie eignet sich das SOM-C350 perfekt für Embedded-Applikationen, die hohe Performance, hohen Durchsatz und eine leistungsfähige integrierte Grafik benötigen.

Beispiele für mögliche Applikationen sind

  • Prüf- und Leitstände,
  • Automation und Robotik,
  • Medizintechnik mit bildgebenden Verfahren,
  • Digital Signage sowie
  • alle Arten von Videoanwendungen.

So profitieren vor allem Applikationen, die eine große I/O-Bandbreite und/oder eine schnelle Anbindung jenseits von 10 Gigatransfers pro Sekunde (GT/s) benötigen. Die Vielzahl an angebotenen Prozessoren innerhalb der Familie und eine große Auswahl an Bestückungsoptionen ermöglichen es, sehr einfach zu skalieren – für den jeweiligen Einsatzzweck. Aufgrund der gesockelten CPU-Ausführung sind Upgrades mit einem Modultausch sowie einem reinen CPU-Tausch einfach möglich. Die gegenüber der Vorgängerversion in der Performance weiter gesteigerte integrierte Grafik unterstützt ein bis vier unabhängige Displays mit bis zu 4K-Grafik oder ein Display mit bis zu 8K-Grafik über zwei DDI- sowie einen eDP-Port.

Weitere Features sind

  • bis zu 16 Cores und 24 Threads
  • Intel »680E« Bridge für Peripherie
  • Bis zu 128 GB Dual-Channel-DDR5-SODIMM-Speicher (mit oder ohne ECC) auf vier U-DIMM-Sockeln
  • 2x USB 3.2 Gen 2
  • 16 PCIe Gen5, 16 PCIe Gen4, 10 PCIe Gen3 Lanes
  • 2x USB 3.2
  • Unterstützt »iManager«, Embedded Software APIs und »WISE-DeviceOn«

Die Sicherheit der großen Marke

Wie bereits erwähnt war Advantech beim Entwickeln des COM-HPC-Standards von Anfang an beteiligt und verfügt über jahrzehntelange Erfahrung beim Entwickeln von Embedded-Systemen. Fast ebenso lange ist Advantech ein Partner von Intel mit frühem Zugriff auf neue Produkte und Entwicklungen. Zudem verfügt das Unternehmen seit Jahrzehnten über eigene, hochqualifizierte, global verteilte Fertigungskapazitäten. So greift der Embedded-Spezialist aus Taiwan auf einen großen Erfahrungsschatz und Zertifizierungen in verschiedenen Branchen zurück: Telekommunikation und hohe Verfügbarkeit, Medizintechnik und hohe Qualität, Militärprodukte und hohe Robustheit, Massenprodukte und hohe Stückzahlen. Mit der Unternehmensgröße und der guten Vernetzung zwischen den Produktionsstätten profitiert ebenfalls die Logistik in Zeiten der Bauteileknappheit enorm bei der Verfügbarkeit beziehungsweise dem Zugang zu kritischen Bauelementen. Außerdem stellt Advantech lokale Entwicklungsressourcen und Support-Kapazitäten im Inland bereit. So minimiert das Unternehmen die Risiken, die es beim Implementieren neuer Technologiegenerationen gibt.

Zukunftssicher dank modularem SOM-Konzept

Ein standardisierter Modulansatz wie COM-HPC ermöglicht eine breite Skalierbarkeit und spätere einfache Performance-Steigerung bestehender Systeme mit simplem Modultausch, sobald aktuellere Prozessoren verfügbar sind. Die Kombination von COM-HPC mit den neuen Alder-Lake-Prozessoren gewährleistet bereits heute einen deutlichen Leistungsanstieg und ist uneingeschränkt für PCIe Gen5 tauglich. So erweitert Advantech sein bewährtes Modulkonzept auf den High-Performance-Computing-Bereich. Entwickler mit hohen Anforderungen an Performance und Bandbreite profitieren von den Vorteilen des Modulkonzeptes zum Beispiel mit einer deutlich kürzeren Time to Market sowie dem Minimieren von Entwicklungsrisiken. Außerdem bietet Advantech zum SOM-C350 lokalen Support nach jeweils nötigem Bedarf an. Zudem ermöglichen das robuste Design und Varianten mit erweitertem Temperaturbereich von -40 bis +85 °C den Einsatz in rauem Umfeld. 


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