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Module mit Atom-Prozessoren

COM-Express Mini, Compact oder doch SMARC?

Eine Menge an Formfaktoren bei Computermodulen und dazu gibt es eine riesige Fülle an Prozessoren. Vier Module mit neuen Intel-Atom-Prozessor werden vorgestellt
© Zapp2Photo | Shutterstock

Immer häufiger stehen Entwickler vor der Qual der Wahl – die Menge an Formfaktoren bei Computermodulen nimmt stetig zu. Außerdem gibt es eine riesige Fülle an Prozessoren von verschiedenen Herstellern. Die TQ-Group stellt vier Module mit den neuen Intel-Atom-Prozessoren zur Auswahl.

Mit der Verfügbarkeit der sechsten Generation der Atom-x6000E-Serie – ebenfalls als Elkhart Lake bezeichnet – stehen Entwicklern neue x86-Prozessoren aus dem Hause Intel zur Verfügung. Außerdem entstehen durch Gremien wie die Standardization Group for Embedded Technologies (SGET) oder die PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) neue Spezifikationen für Computer-on-Modules (CoM) wie SMARC 2.1. Aus genannten Gründen stellen sich Embedded-Entwickler immer häufiger die Frage: Welchen der drei CoM-Formfaktoren nutzen? COM-Express Mini, COM-Express Compact oder SMARC?

Zunächst ist zwischen zwei Fällen zu unterscheiden: dem System-Upgrade und der Neuentwicklung. Beim System-Upgrade tauscht der Entwickler lediglich das Modul aus und nimmt eventuell kleine Anpassungen am Mainboard vor. Entwickler, die ihre Systeme auf dieser Basis entworfen haben, entschieden sich für eine zukunftsfähige Plattform und können in den kommenden Jahren mit dem gleichen Formfaktor weiterarbeiten. Aber welche Formfaktoren sind für neue Systemdesigns sinnvoll – was ist hierbei zu beachten?

COM-Express Mini und Compact im Vergleich mit SMARC

Beim COM-Express-Mini- und Compact-Formfaktor der aktuellen PICMG-Spezifikation »COM.0 Revision 3.0« sah man bislang nicht die Notwendigkeit, Arm-Prozessoren zu integrieren. Lieber blieb man innerhalb des x86-Ökosystems, sodass die neuen Atom-Prozessoren der sechsten Generation hier gut passen.

Als einer der führenden Modulstandards verfügt COM-Express über eine lange Tradition. Er wurde bereits 2003 als ETX-Express eingeführt und 2005 von der PICMG übernommen. Folglich ist das kreditkartengroße COM-Express-Mini-Modul in das seit Langem etablierte und umfassende Ökosystem eingebettet. Mit dem Typ-10-Pinout mit 220 Pins ergibt sich ein guter Kompromiss zwischen Funktion und Größe.

Möchte ein Entwickler Designs verwenden, die sowohl x86- als auch Arm-Prozessoren enthalten sollen, eignet sich COM-Express Mini nicht, da es die Arm-Architektur nicht unterstützt. In diesem Fall ist der SMARC-Standard die bessere Wahl, da es Carrier-Boards zum Evaluieren gibt, die sowohl x86- als auch Arm-Module unterstützen. Dadurch ist es leicht möglich, einen Vergleich der Rechen-, Grafik- und I/O-Leistungsfähigkeit anzustellen und das passende Modul auszusuchen. Das hohe Maß an Skalierbarkeit – von günstigen Einstiegsmodulen bis zu Quad-Core-Atom-Prozessoren – ist ein wesentlicher Vorteil. Mit den 314 Pins des SMARC-Edge-Steckers können zusätzliche Signale unterstützt werden, etwa ein zweiter Gigabit-Ethernet-Anschluss.

Relevante Anbieter

 Intel Atom-, Celeron- und Pentium-Prozessoren der 6. Generation (Elkhart Lake) gibt es von TQ auf den Modulausführungen SMARC 2.1, COM-Express Mini und COM-Express Compact
Bild 1. Intel Atom-, Celeron- und Pentium-Prozessoren der 6. Generation (Elkhart Lake) gibt es von TQ auf den Modulausführungen SMARC 2.1, COM-Express Mini und COM-Express Compact.
© TQ-Systems

Aufgrund von Platzbeschränkungen und limitierter Anzahl von Signal-Pins, haben die COM-Express-Mini- und SMARC-Module einige Einschränkungen. Nicht jedoch das COM-Express-Compact-Modul mit 440 Pins. Im Vergleich zum Mini-Modul lässt sich das interne Display im Dual-Channel-LVDS-Modus betreiben. Außerdem bietet es genug Pins für bis zu acht PCIe-Lanes, die die neuen Atom-Prozessoren unterstützen (Bild 1).

Atom-Prozessor liefert Performance

Aus der großen Menge an Prozessoreigenschaften heben sich einige ab, die für Standardmodule sehr wichtig sind: Der 10-nm-Lithographieprozess führt zu einer höheren Transistordichte und gewährleistet ein besseres Verhältnis von Rechenleistung zu thermischer Verlustleistung. Von Generation zu Generation wird die Rechenleistung gesteigert, jedoch bleibt die thermische Verlustleistung im gleichen Bereich unter 15 W Thermal Design Power (TDP). Viele Anwender sind von den deutlich erkennbaren Leistungssteigerungen überzeugt und wollen das Modul im bestehenden System ersetzen.

Inband Error Correction Code (IBECC) ist eine Technik zum Schutz von DRAM-Daten unter Verwenden eines Standardspeicherdesigns. Sie kann im BIOS ein- oder ausgeschaltet werden, korrigiert 1-Bit- und erkennt 2-Bit-Fehler. Außerdem wird es viele Anwender freuen, dass die 8-GB-Speicherbeschränkung der vorherigen Prozessorgeneration Geschichte ist. Künftig unterstützt Intel bis zu 16, beziehungsweise 32 und künftig sogar 64 GB Speicher. PCIe-Schnittstellen mit bis zu 8 GT/s und USB-Ports mit einer Datenrate von bis zu 10 GBit/s gewährleisten ein schnelles Übertragen von Daten zur Peripherie oder anderen Geräten.

Jedoch rangieren die Werte der passiven Kühlung noch immer zwischen 4,5 und 12 W TDP. Der Grafikprozessor unterstützt drei unabhängige, parallele Bildschirme mit 4K-Auflösung und jeweils 60 Hz. Weiterhin ist die Intel Programmable Services Engine (PSE) eine dedizierte Offload-Engine für IoT-Funktionen, die ein Arm-Cortex-M7-Mikrocontroller antreibt. Sie erlaubt unabhängige Low-DMIPS-Berechnungen und Low-Speed-I/Os für IoT-Applikationen sowie dedizierte Dienste für Echtzeitberechnungen und zeit- kritische Synchronisation.

Time Coordinated Computing (TCC) bietet Hardwarefunktionen, die die Latenz von Datenpaketen von einem IP-Block zum anderen minimieren. Time-Sensitive Networking (TSN) dagegen ist ein Satz von IEEE-Standards, eine Erweiterung der Datenverbindungsschicht des Ethernet-Stacks. TSN übernimmt drei Hauptfunktionen: das Synchronisieren aller Uhren im Netzwerk, das Scheduling des wichtigsten Datenverkehrs und das Shaping des restlichen Datenverkehrs, um die gewünschten Verkehrsmuster zu erreichen. USB-Ports mit 10 GBit/s Übertragungsrate und PCIe-Gen-3-Geschwindigkeit kommen hinzu. Als Konfigurationsoption ist eine CAN-Bus-Schnittstelle vorhanden.


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