Auswahl des passenden CoM-Standards
Die Performance-Klasse ist entscheidend
Für Entwickler ist es nicht einfach, die unterschiedlichen Formfaktoren der Standardisierungsgremien richtig zu bewerten. Abhängig von der Performance-Klasse empfiehlt sich jedoch meist nur ein einziger Standard für neue Systemdesigns. Allerdings gibt es auch Ausnahmen von dieser Regel.
Blickt man in die letzten zwei Dekaden, gab es in den Anfängen der Computer-on-Modules (CoMs) ein kunterbuntes Portfolio an Lösungsoptionen. Viele Hersteller versuchten zu Beginn ihr Konzept am Markt zu etablieren und sich über eine Differenzierung des Formfaktors abzuheben. Alleingänge waren in dem damals noch jungen Markt mit vielen kleinen Playern jedoch schwer durchzusetzen. Kunden forderten vielmehr einheitliche Standards, um eine höhere Designsicherheit zu gewinnen und Second Sources zu ermöglichen. Aus dem Grund wurden zunächst für einzelne Formfaktoren wie »DIMM-PC« oder »ETX« kleinere Allianzen und Konsortien gebildet. Um schlussendlich volle Akzeptanz bei Anwendern herstellen zu können, mündeten die Bestrebungen jedoch in unabhängigen Standards. Heute werden diese von den Standardisierungsgremien PCI Computer Manufacturers Group (PICMG) und Standardization Group for Embedded Technologies (SGET) gehostet. Infolge dessen wurde die Auswahl der passenden Standards deutlich leichter.
Die Qual der Wahl
Dennoch gibt es aufgrund der technischen Entwicklungen auch noch heute eine bunte Vielfalt an Formfaktor-Standards. Sie reicht von »Qseven« und »µQseven« sowie »SMARC« über »COM Express Basic, Compact und Mini nach Type 6« bis hin zu »COM-HPC in Mini, Size A, B und C« – betrachtet man alleine die Client-Systeme mit integriertem Grafiksupport. Hinzu kommen »COM Express in Type 7« sowie »COM-HPC in Size D und E« als Headless-Systeme für Embedded- und Edge-Server-Auslegungen.
Entwickler stehen deshalb auch heute vor einer Vielfalt an Optionen, wenn sie für ihre Systeme ein applikationsfertig steckbares Computer-on-Module einsetzen wollen. Teils nennt man sie auch Server-on-Module und Client-on-Module und in der Arm-Prozessorwelt zudem oft System-on-Module (SoM).
Alle diese Begriffe stehen jedoch für das gleiche Prinzip: Der Computing-Core kommt als bootbare Komponente mit vollem Softwaresupport für alle in dem Standard spezifizierten Schnittstellen. Entwickler können mit den passenden Evaluierungsboards sofort das Implementieren ihrer Applikation umsetzen, während sie das dedizierte Carrier-Board inklusive Systemintegration parallel entwickeln. Im Vergleich zum Full-Custom-Design ist das einfacher. Denn hier geben die Design-Guides der Standards viele wertvolle Anregungen, zudem ist ein reichhaltiges Ökosystem an IP und Komponenten Commercial Off-The-Shelf (COTS) verfügbar.
Dennoch gibt es aufgrund der technischen Entwicklungen auch noch heute eine bunte Vielfalt an Formfaktor-Standards. Sie reicht von »Qseven« und »µQseven« sowie »SMARC« über »COM Express Basic, Compact und Mini nach Type 6« bis hin zu »COM-HPC in Mini, Size A, B und C« – betrachtet man alleine die Client-Systeme mit integriertem Grafiksupport. Hinzu kommen »COM Express in Type 7« sowie »COM-HPC in Size D und E« als Headless-Systeme für Embedded- und Edge-Server-Auslegungen.
Entwickler stehen deshalb auch heute vor einer Vielfalt an Optionen, wenn sie für ihre Systeme ein applikationsfertig steckbares Computer-on-Module einsetzen wollen. Teils nennt man sie auch Server-on-Module und Client-on-Module und in der Arm-Prozessorwelt zudem oft System-on-Module (SoM). Alle diese Begriffe stehen jedoch für das gleiche Prinzip: Der Computing-Core kommt als bootbare Komponente mit vollem Softwaresupport für alle in dem Standard spezifizierten Schnittstellen. Entwickler können mit den passenden Evaluierungsboards sofort das Implementieren ihrer Applikation umsetzen, während sie das dedizierte Carrier-Board inklusive Systemintegration parallel entwickeln. Im Vergleich zum Full-Custom-Design ist das einfacher. Denn hier geben die Design-Guides der Standards viele wertvolle Anregungen, zudem ist ein reichhaltiges Ökosystem an IP und Komponenten Commercial Off-The-Shelf (COTS) verfügbar.
COM-HPC dominiert die High-Performance-Klasse
Die Qual der Wahl hält sich jedoch in Grenzen, denn mit dem neuen PICMG-Standard COM-HPC wurde ein sehr breites Ökosystem spezifiziert. Es wird die nächste Generation des High-Performance Embedded- und Edge-Computings vollständig dominieren.
Neue High-End-Designs jedweder Ausprägungsform sollten deshalb auf COM-HPC setzen, ganz gleich, ob es um High-Performance-Edge-Server- oder -Edge-Client-Applikationen geht. COM Express ist als Vorgängerstandard nur noch für bestehende Designs zu empfehlen, da dies Kosten spart, die man nicht investieren muss, wenn man die höhere Performance nicht benötigt. Ansonsten gibt es mit COM-HPC Mini seit jüngstem jedoch einen sehr effizienten Migrationspfad für COM-Express-Compact-Designs, der bislang noch nicht verfügbar war.
COM-HPC Size A war mit 95 mm x 120 mm (11.400 mm2) als bislang kleinster Footprint des COM-HPC-Standards noch immer fast knapp 32 Prozent größer als COM Express Compact, der 95 mm x 95 mm (9.025 mm²) misst. Auf die Breite des Moduls bezogen sind das 25 mm, die zu viel sind, um bestehende COM-Express-Designs allein vom Footprint betrachtet hin zu COM-HPC Client zu migrieren. Da COM Express Compact der am weitesten verbreitete COM-Express-Formfaktor ist, und in der Regel nur noch das High-End derzeit noch den größeren Formfaktor COM Express Basic nutzt, standen viele Entwickler vor großen Herausforderungen – allein was das Dimensionieren der Systemauslegung betrifft. Kleiner geht aber immer. Aus dem Grund ist COM-HPC Mini mit seinen 95 mm x 60 mm vor allem für die vielen Systemdesigns in besonders kompakter Bauart ein echter Befreiungsschlag, der völlig neue Perspektiven eröffnet.
SMARC ist für Low Power und Low Cost prädestiniert
Jedoch stellt sich die Frage, ob mit COM-HPC wirklich alles abdeckbar ist. Rein theoretisch, ja. Faktisch jedoch nicht, denn neben dem PICMG-Standard gibt es die Standards der SGET, die sich vor allem auf das Low-Power-Processing fokussiert hat. Unter den Standards der SGET wird dem SMARC-Standard gegenüber Qseven vielfach Vorrang gegeben, da der Konnektor neuer, die Anzahl der Pins größer und der Formfaktor kleiner ist. Designs mit dem Edge Connector sind – ganz gleich ob Qseven oder SMARC – kostengünstiger als die des PICMG-Standards. Deshalb steht zu erwarten, dass die Small-Form-Factor-Designs mit Low-Power-Prozessoren diesen Standard bevorzugen. COM-HPC Mini kann deshalb nicht wirklich komplett in dieses Marktsegment Einzug halten. Dennoch ist jede Applikation, die High Performance im kleinen Formfaktor benötigt, mit COM-HPC Mini besser beraten.
Somit wurde die Entscheidung für den richtigen Formfaktor deutlich einfacher. Lediglich zwischen SMARC und COM-HPC Mini ist die Auswahl etwas schwieriger. Geht die Tendenz des Target-Device-Designs jedoch entweder in Richtung Low Power und Low Cost anstelle in Richtung kompakter High Performance, fällt selbst hier die Design-Entscheidung leicht. Sicher auf jeden Fall, dass die Embedded-Community alle zur Auswahl stehenden Standards weiterhin umfassend unterstützt. Neue Designs sind zudem bestens mit COM-HPC oder SMARC bedient.
Der Autor
Christian Eder ist Director Marketing bei Congatec. Mit seinem großen Engagement in den Gremien der SGET und PICMG treibt er die Standardisierung von Computermodulen voran. So hat er Jahrzehnte der Embedded-Computing-Branche geprägt und war unter anderem bei der Umsetzung von COM Express, Qseven oder SMARC beteiligt. Derzeit ist er Chairman für COM-HPC bei der PICMG und zweiter Vorsitzender der SGET.
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