Kompakt, leistungsstark & zukunftssicher
COM-HPC Mini als zeitgemäße Ausgangsbasis für Embedded-Projekte
Der neue Formfaktor COM-HPC Mini in Kombination mit Intel-Core-Ultra-Prozessoren ermöglicht, heutige Embedded-Technologie optimal zu nutzen. Dabei werden neue Marktanforderungen mit aktuellen und zukünftigen Low-Power-High-Performance-Prozessoren in Einklang gebracht.
Zahlreiche Embedded-Anwendungen müssen einen drastisch gestiegenen Bandbreitenbedarf bewältigen: Dank künstlicher Intelligenz (KI) und anderer neuer Technologien müssen mehr Daten aus mehr Quellen gleichzeitig verarbeitet werden. Zwar können die in den Prozessoren verbauten Beschleuniger die Aufgaben im Rahmen ihres Power-Budgets stemmen, allerdings müssen die Daten dazu auch rechtzeitig vorliegen – damit stoßen einige etablierte Embedded-Baugruppenstandards an ihre Grenzen oder sind bereits überfordert. Spielt Langfristigkeit für das Projekt/Produkt eine maßgebende Rolle, sollte man sich über den Umstieg auf einen neuen Embedded-Standard ernsthaft Gedanken machen. Man hat dabei die Chance auf einen Start »auf der grünen Wiese«, um alte Zöpfe abzuschneiden und neue Strukturen zu etablieren.
Möchte man dazu Embedded-Module nutzen, bietet sich der neue Standard COM-HPC Mini (Computer-On-Module High-Performance Computing) an, den die PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) definiert hat. Nach den Server- und Client-orientierten COM-HPC-Varianten steht unter dem Namen »Mini« seit kurzem eine für Embedded-Anwendungen optimierte Version bereit. Auch wenn der Name eine durchgängige Kompatibilität assoziiert, so ist das Pin-out von COM-HPC Mini nicht Signal-kompatibel mit den anderen COM-HPC-Steckern. Das Steckverbindersystem ist zwar das gleiche, bei COM-HPC Mini ist allerdings nur eine Höhe von 5 mm über dem Träger-Board vorgesehen. Auch bei den Montage-Löchern gibt es Abweichungen zu den »großen Cousins«.
Aber warum legt man in der COM-HPC-Community so großen Wert auf die Verwandtschaft? Es sind die technologischen Vorleistungen, die man weiterhin nutzen will. So beispielsweise die aufwändigen Evaluationen des Steckverbindersystems, um die Signalintegrität für kommende Schnittstellen-Standards/Transferraten zukunftssicher gewährleisten zu können. Natürlich spielt auch das Marketing eine Rolle, denn COM-HPC gewinnt bereits an Bekanntheit, und noch einen neuen Standard zu etablieren, bremst die einzelnen Konzepte eher aus. Weil praktisch alle Projekte der COM-HPC-Familie auf der »grünen Wiese« beginnen, hat sich bislang kein Bedarf für eine Skalierung entlang der einzelnen Formfaktoren ergeben. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Server-Projekt mit 358 W Power-Budget (max. Server-Modul) auf 107 W (max. Mini-Modul) für den Embedded-Bereich zusammengestutzt wird, ist eher gering – den Weg in die andere Richtung zu beschreiten, also mit dem Embedded-Projekt bis in den Server-Bereich vorzudringen, ist jedoch eine beruhigende Option, die man gerne in der Hinterhand hat.
Jobangebote+ passend zum Thema
Auf jeden Fall sollte man COM-HPC Mini als zukunftssichere Technologiebasis für Projekte in Betracht ziehen, die komplett neu gestartet werden und sehr lange laufen oder viele Nachfolgegenerationen haben sollen. Deshalb sollte man auf einen Standard achten, dessen Schnittstellen noch lange nicht ausgereizt sind, um nicht schon zu Beginn zum »alten Eisen« zu gehören.
Allerdings neigt die Embedded-Branche zur Strategie »Never change a winning team« - und nutzt auch gerne mal etablierte Schnittstellen. Der COM-HPC-Mini-Formfaktor bietet daher zusätzlich einige in Embedded-Anwendungen grundlegende Schnittstellen, wie einen CAN-Bus, zwei SGMII-Ports und einen zusätzlichen I2C-Port für die SGMII-Ports. Darüber hinaus sind viele I/O-Spannungsschienen von 3,3 V auf 1,8 V angepasst, um den Stromverbrauch zu senken und die Effizienz zu steigern.
Das Hauptaugenmerk liegt allerdings bei den bandbreitenstarken Schnittstellen (bis 32 Gbit/s), allen voran PCIe Gen 5. Hinzu kommen USB 4.0, Thunderbolt und 10-Gbit/s-Ethernet. Aufgrund der reduzierten Pin-Anzahl müssen jedoch einige Funktionen sich Pins teilen. So werden beispielsweise dieselben Pins entweder für USB 4.0 oder für DDI- und USB-3.2-Schnittstellen verwendet.
Ein weiterer Unterschied zu anderen COM-HPC-Varianten ist die reduzierte Gesamthöhe des COM-HPC Mini von 15 mm, gemessen von der Oberseite der Trägerplatine bis zur Oberseite eines Heatspreaders auf dem Modul. Dies ist eine Reduzierung um 5 mm im Vergleich zu anderen COM-HPC-Varianten. Aufgrund der verringerten Höhe müssen COM-HPC-Mini-Module mit gelötetem Speicher ausgestattet sein, um die direkte thermische Kopplung an Wärmeleitelemente zu gewährleisten und den kleineren Formfaktor und die reduzierte Stapelhöhe zu berücksichtigen.
Im Vergleich zu Lösungen im COM-Express-Compact-Formfaktor sind COM-HPC-Mini-Module mit den Abmessungen von 95 mm x 70 mm um 26 Prozent kleiner; gegenüber SMARC-Baugruppen (Full Size) sind sie rund 1 Prozent größer. Verglichen mit COM-HPC Client erreicht COM-HPC Mini sogar eine Platzeinsparung von über 40 Prozent.
Das Potenzial dieses hochkompakten High-End-Standards nutzt TQ-Systems bereits und eröffnet mit dem Modul TQMxCU1-HPCM den Kunden die Möglichkeit, Applikationen mit hohen Grafik- und KI-Anforderungen auf engem Raum zu implementieren. Trotz der kompakten Abmessungen unterstützt das Modul alle CPU-Varianten der Intel-Core-Ultra-Prozessoren mit langfristiger Verfügbarkeit. Dazu zählen sowohl die U-Familie mit 15 W TDP (Thermal Design Power) als auch die H-Familie mit 28 W TDP.
Die Intel-Core-Ultra-5- und Intel-Core-Ultra-7-Prozessoren bieten mit bis zu 14 CPU-Kernen / 20 Threads, acht Intel-Xe-Grafik-Einheiten mit insgesamt 128 Execution Units und der zusätzlich integrierten Neural Processing Unit (NPU) günstige Voraussetzungen für die besonders energieeffiziente Umsetzung leistungsfähiger KI-Anwendungen. Die hybride Architektur der Intel-Core-Ultra-Prozessoren, die sowohl leistungsfähige Performance-Cores (P-Cores) als auch genügsamere Efficient-Cores (E-Cores) zur Verfügung stellt, ermöglicht eine optimierte Verarbeitung paralleler Aufgaben und reduziert den Stromverbrauch: So kann die Hauptanwendung ungestört in den leistungsstarken P-Cores laufen, während Hintergrundaufgaben parallel in den E-Cores ausgeführt werden.
Eine besonders hohe Gesamtleistung für KI und Bildverarbeitung lässt sich durch die Kombination von CPU, GPU und NPU erzielen: Mit der neuen Prozessorgeneration ist im Bereich der künstlichen Intelligenz je nach Anwendung eine Leistungssteigerung von bis zu 50 Prozent und eine Verbesserung der Energieeffizienz um den Faktor 2,5 gegenüber den Vorgängerversionen erzielbar.
Durch die Integration aller Einheiten in einem Chip, den großen internen Cache von bis zu 24 MB und die neueste LPDDR5-Speichertechnologie ergibt sich eine konstant hohe Performance bei geringer Verlustleistung. Ein Flaschenhals, wie er bei der Verwendung verschiedener verteilter Komponenten häufig auftritt, wird somit erfolgreich vermieden.
Der COM-HPC-Mini-Standard ist also eine besonders leistungsfähige Technologiebasis, die sich für neue, langfristige Produktreihen eignet. Mit seiner Ausrichtung auf steigende Prozessorleistungen bietet COM-HPC Mini den nötigen Spielraum, um auch künftig zusätzliche I/O-Bandbreite bereitzustellen. Die über einen sehr weiten Performance-Bereich skalierende Modul-Serie TQMxCU1-HPCM ist der dazu passende Einstieg in die neue Technologie und der Ausgangspunkt für einen Neustart, frei von Altlasten.
Der Autor:
Manne Kreuzer ist Technischer Redakteur von TQ-Embedded.
Lesen Sie mehr zum Thema
