Modulare Embedded-Box-PCs
Das Schweizer Taschenmesser für das Edge
Während Box-PCs im IT-Bereich identische Anforderungen erfüllen müssen, ist der Bedarf industrieller Applikationen sehr heterogen. Dennoch wollen Anwender stets die neuste Prozessortechnologie einsetzen. Ein modulares System von SolidRun mit AMD-Prozessoren lässt sich einfach skalieren und anpassen.
Weil Edge-Computer meist in einem rauen Industrie- bzw. Produktionsumfeld zum Einsatz kommen, sind Standard-Box-PCs meist nicht geeignet. Dennoch würden OEM oder Systemintegratoren gerne auf vorgefertigte Box-PCs in robuster Auslegung zurückgreifen. Jedoch sind die Anforderungen so heterogen wie die Aufgaben, die sie bearbeiten müssen. In der Regel ist es deshalb schwer, einen zur Applikation passenden Box-PC zu finden.
Oft fehlen dedizierte I/Os, und die vielen Optionen der IoT-Konnektivität stellen zusätzliche Herausforderungen. Zudem ist je nach Anwendungsbereich eine unterschiedliche Versorgungsspannung nötig. Schlussendlich sind die Optionen bei den Prozessoren unendlich groß. Trotz kleiner Stückzahlen ist die Hard- und Softwarekonfiguration oft individuell auf die Applikation anzupassen. Sofern es keine Applikation von der Stange gibt, fallen demnach Ingenieurkosten an. Richtig aufwendig wird es, wenn das kundenspezifische System zudem nach bestimmten Normen und Standards zu zertifizieren ist.
Modularität als Schlüssel
Ein bewährter Ansatz für individuelle Applikationen sind modulare Industrie-PCs, für die es sogar herstellerunabhängige Standards gibt – bislang jedoch lediglich im Rackmount-Bereich. Solche Systeme verbinden die Vorteile der Konfigurierbarkeit für den Einsatzzweck mit den Kosten- und Qualitätsvorteilen einer Produktion in großen Stückzahlen und einer guten Verfügbarkeit. Die modulare Auslegung eines Systems ist bei der kompakten Box-PC-Bauart gegenüber Rackmount-Systemen jedoch schwierig. Schließlich ist der Platz deutlich begrenzter. Aus diesem Grund fehlen im Gegensatz zu Rackmount-Systemen wie CompactPCI Serial oder VPX bis heute branchenübergreifend anerkannte Standards.
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SolidRun hat sich der Herausforderung Modularität von Box-PCs gestellt und eine Applikation entwickelt, die einfach zu konfigurieren und anzupassen ist. Die Baukastenoptionen sind dabei schon fast mit denen standardisierter Rackmount-Systeme vergleichbar. So bestehen die Konfigurationsoptionen aus vier Komponententypen beziehungsweise Modulen, für die es jeweils zahlreiche Auswahloptionen gibt:
- Prozessoreinheit inklusive RAM
- Netzwerk- und I/O-Einheit
- Speicher und Erweiterungen
- Stromversorgung
Die Prozessoreinheit kann mit verschiedenen Prozessoren der »Ryzen-Embedded-V3000«-Familie von AMD bestückt werden und bietet Quad-Channel-DDR5-RAM mit bis zu 64 GB in Error-Correction-Code(ECC)- oder nonECC-Ausführung. Zudem ist der Hauptspeicher konduktionsgekühlt und kann mit Power-Loss-Protection ausgestattet werden. Zwei weitere Module dieser Art und Bauform lassen sich zusätzlich über das Peripheriemodul anschließen. Das BIOS ermöglicht hierbei redundante Dual-SPI-Flash-Konfigurationen.
Weiterhin ermöglicht das Netzwerk-I/O-Modul den Anschluss vieler vorgefertigter Speicher und Erweiterungsmodule zum Anpassen an die unterschiedlichen Netzwerk-Infrastrukturen. Zudem erweitert es die beiden 10GbE-Schnittstellen des System-on-Module (SoM) um vier weitere 2,5GbE-RJ45-Anschlüsse. Als weitere Schnittstellen stehen drei USB-3.2- sowie zwei USB-2.0-Anschlüsse zur Verfügung.
Als SX-Module können neben den bereits erwähnten M.2-NVME-Ports M.2-Erweiterungskarten zum Einsatz kommen. Diese bedienen zum Beispiel WiFi 6, Bluetooth 5.3 oder Netzwerkkarten für 4G oder 5G. Im Gegensatz zu anderen Modulkonzepten verfügt die BedRock-Familie über ein eigenes, modulares Power-Modul. Hiermit lässt sich die Leistungsaufnahme optimieren und der PC an mobile oder stationäre Stromversorgungen anschließen. SolidRun bietet auf Nachfrage das Entwickeln kundenspezifischer Schnittstellen an.
Effizientes Kühlsystem
Für den Industrieeinsatz hat SolidRun zudem ein kompaktes und passives Kühlkonzept entwickelt. Es basiert auf mehrfach ausgelegten, rundum angebundenen Heatpipes, die über ein spezielles »Liquid Metal«-Material an das Gehäuse sowie primäre und sekundäre Wärmequellen angebunden sind. So werden gezielt Hotspots vermieden – die Wärme wird per Strahlung und Konvektion oder per direkter Wärmeableitung (Konduktion) abgeführt. Für den ersten Fall liefert SolidRun verschiedene Kühlrippengehäuse, die direkt auf eine Hutschiene (DIN-Rail) montierbar sind. Im zweiten Fall lässt sich ein flaches Gehäusemodul (Tile) direkt auf eine verfügbare Gehäusewand oder Kühlplatte aufschrauben. Aufgrund der 360-Grad-Kühlung ist in beiden Fällen eine Wärmeableitung auf jeder der beiden großen Gehäuseflächen möglich.
Neue Anwendungsbereiche erschließen
Mit dem Launch des modularen Systems kann SolidRun unterschiedliche Applikationen erreichen: von Hochleistungs-Edge-Computing über Daten-Server bis hin zu Bilderverarbeitungssystemen. Zudem bedient der PC alle Arten von Sicherheits- und Netzwerkapplikationen sowie Point-of-Sales(PoS)-, Digital-Signage- und Telematik-Anwendungen. Außerdem lassen sich Kommunikationsinfrastruktur wie private 5G-Campusnetze oder drahtlose Fertigungsnetzwerke realisieren. Der robuste und staubsicher gekapselte Aufbau mit lüfterloser Kühlung ermöglicht ebenfalls den Einsatz in der Bahn-, Verkehrs- und Fahrzeugtechnik.
Als Herzstück des modularen Systems hat sich SolidRun für ein System-on-Module entschieden. Es ist auf einen Dauerbetrieb rund um die Uhr optimiert und mindestens zehn Jahre verfügbar. Die Bauform ermöglicht den Einbau in kleine Gehäuse mit passiver Kühlung und/oder dichte Kapselung mit hohen IP-Klassen. Die Ryzen-Prozessoren der V3000-Serie sind zudem in Versionen für den Betrieb im erweiterten Temperaturbereich von –40 bis +105 °C verfügbar.
SolidRun eröffnet Entwicklern mit seinem modularen Box-PC-Konzept, das auch das Netzteil miteinbezieht, neue Möglichkeiten. Auf Basis der Ryzen-Embedded-V3000-Serie lässt sich das System für jede Art von Edge-Applikation anpassen und ist selbst für kleine Projekte prädestiniert. Weil mit steigender Modularität eines Box-PC gleichzeitig die Auswahloptionen komplexer werden und nicht jede Option beliebig mit jeder anderen kombinierbar ist, hat SolidRun auf seiner Website ein Konfigurations-Tool entwickelt. Entwickler können sich hier ihre Wunschkonfiguration zusammenstellen und Informationen zu Preisen und Lieferzeiten anfordern.
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