SMARC-Modulfamilien für IoT und KI
Kompakt und energieeffizient
Auf der electronica stellt Avnet Embedded zwei neue SMARC-Modulfamilien mit unterschiedlichen Prozessortechnologien vor. Hiermit setzt das Unternehmen weiterhin das Erfolgskonzept des kompakten Formfaktors fort.
In den letzten Jahren hat sich der kompakte Modulstandard SMARC (Smart Mobility ARChitecture) vor allem für Low-Power-Anwendungen als Formfaktor durchgesetzt. Dank des stetig wachsenden Angebots an SMARC-Modulen, das die komplette Bandbreite von sehr energieeffizienten bis hin zu hohen Leistungsklassen abdeckt, werden ständig neue interessante Einsatzgebiete erschlossen. Typische Applikationen sind in der Industrie, dem Transportwesen oder der Energietechnik zu finden. Außerdem in der Gebäudeautomation, der Telekommunikation, der Medizintechnik sowie in IoT- und KI-basierten Systemen.
Der Formfaktor SMARC wird von der Standardization Group for embedded Technologies (SGeT) spezifiziert. Er ist besonders für Anwendungen optimiert, bei denen es auf kompakte Maße und Energieeffizienz ankommt. So definiert die Spezifikation die beiden Modulgrößen 82 mm × 50 mm (Short Size) und 82 mm × 80 mm (Full Size). Wobei sich vor allem die kleine Größe am Markt durchgesetzt hat. SMARC-Module lassen sich mit Arm- beziehungsweise x86-Prozessoren bestücken.
Der kostengünstige, robuste MXM-3-Stecker unterstützt hohe Übertragungsgeschwindigkeiten. Er bietet bei der aktuellen SMARC-2.1.1-Version 314 Pins für Gigabit Ethernet, PCI Express, USB 2.0/3.0 und SATA. Alternativ lassen sich die Dual-Channel-LVDS-Anschlüsse als embedded DisplayPort (eDP) oder für MIPI DSI nutzen. Außerdem sieht der Anschluss reservierte Pins vor, die für zukünftige weitere Schnittstellen vorgesehen sind.
Um für die speziellen Anforderungen der unterschiedlichen Applikationen die optimale Variante zu finden, spielt ein breites Produktportfolio eine große Rolle. Avnet Embedded setzt als Hersteller von Embedded-Modulen seit Jahren auf SMARC. Die flexiblen Standardmodule sind in unterschiedlichen Varianten mit skalierbarer Leistung und einem breiten Angebot an Schnittstellen erhältlich. So lässt sich das sofort einsatzbereite Prozessormodul einfach auf eine passende Trägerplatine stecken, auf der alle anwendungsspezifischen Funktionen realisiert sind. Auf Basis einer engen Kooperation mit Prozessorherstellern und einer jahrzehntelangen Erfahrung mit dem Entwickeln und Fertigen von Embedded-Applikationen kann Avnet Embedded zeitgleich mit Vorstellen neuer Prozessoren die ersten Prototypen des passenden Moduls liefern. Avnet-Kunden können unmittelbar mit dem Entwickeln neuer Produkte beginnen, um sie schnell auf den Markt zu bringen.
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SMARC-Modulfamilien mit NXP und Renesas CPUs
Um auf Standardmodulen zusätzliche technische Möglichkeiten zu bieten und weitere Märkte beziehungsweise Anwendungen zu erschließen, stellt Avnet Embedded zwei neue SMARC-2.1.1-Modulfamilien vor. Die »MSC-SM2S-IMX93«-Module basieren auf i.MX-9-Applikationsprozessoren von NXP Semiconductors. Hingegen integriert die Modulfamilie »MSC SM2S-G2UL« den Renesas-Prozessor »RZ/G2UL«.
Die Modulfamilie MSC SM2S-IMX93 ist mit einer NXP-CPU vom Typ i.MX 93 bestückt. Sie nutzt eine heterogene Multicore-Architektur, die bis zu zwei 1,7-GHz-Arm-Cortex-A55-Cores, einen Cortex-M33-Echtzeitprozessor sowie eine 2D-Grafikprozessoreinheit (GPU) mit PXP Engine integriert. Zusätzlich unterstützt Arms Ethos-U65 microNPU (Neural Processing Unit) mit 256 MACs (Multiply Accumulate Operations) per Cycle das Entwickeln kosten- und energieeffizienter Machine-Learning(ML)-Applikationen.
Weiterhin bieten die NXP-CPUs Sicherheitsfunktionen mit »EdgeLock Secure Enclave«, einem integrierten Sicherheitssubsystem. Außerdem gewährleistet die sogenannte Energy-Flex-Architektur des Halbleiterherstellers eine lange Batterielebenszeit in tragbaren Geräten. Ein typischer Einsatzbereich der Module ist unter anderem die Industrieautomatisierung, beispielweise HMI-Systeme, Maschinensteuerungen, Bilderkennungssysteme und Gateways. Weitere Einsatzbereiche sind Smart Home und Gebäudeautomatisierung sowie industrielle Transport- und Netzinfrastrukturanlagen.
Im unteren Performance- und Preissegment bewegt sich die Modulfamilie MSC SM2S-G2UL, die auf dem RZ/G2UL-Prozessor von Renesas basiert. Er integriert einen Arm-Cortex-A55-Prozessor mit bis zu 1,0 GHz, einen Echtzeitprozessor Cortex-M33 sowie eine Image-Prozessoreinheit. Die Boards sind mit bis zu 2 GB DDR4 SDRAM mit inline ECC und bis zu 256 GB eMMC Flash bestückt. Als Schnittstellen sind unter anderem Gigabit Ethernet (GbE), USB 2.0, Dual CAN-FD, Dual-Channel LVDS und MIPI CSI-2 für Kameramodule verfügbar.
Module mit SystemReady-Zertifizierung
Avnet Embedded bietet derzeit vierzehn Modulfamilien mit unterschiedlichen Prozessoren (Bild 1) an, die auf folgenden Prozessorfamilien basieren:
- NXP i.MX 6
- NXP i.MX 8
- NXP i.MX 9
- Renesas RZ/G2UL
- Intel Atom x6000
- Intel Atom E3900
- AMD Ryzen
Die Modulfamilie »MSC SM2S-IMX8PLUS« im SMARC-2.1.1-Formfaktor ist das jüngste Mitglied an SMARC-Modulen, die auf i.MX-8-Applikationsprozessoren von NXP Semiconductors basieren. Bezeichnend ist hierbei die geringe Leistungsaufnahme zwischen 2 und 7 W. Die Module integrieren Dual- und Quad-Core-Arm-Cortex-A53-Prozessoren mit bis zu 1,8 GHz, einen Echtzeitprozessor Cortex-M7 mit 800 MHz sowie die Multimedia-2D/3D-GPU »GC7000UL« mit »OpenCL Vulkan«. Es sind Varianten mit und ohne Video Processing Unit (VPU), NPU beziehungsweise Image Signal Processor (ISP) lieferbar. An Embedded-Schnittstellen sind neben USB 2.0/3.0 und zwei CAN-FD Ports auch zwei GbE-Anschlüsse vorhanden. Die Dual-Ethernet-Schnittstellen unterstützen IEEE1588, eine bietet zusätzlich Support für Time-Sensitive Networking (TSN).
Die beiden Modulfamilien MSC SM2S-IMX8PLUS und »MSC SM2S-IMX8MINI« sind die ersten Modulfamilien von Avnet Embedded, die Arm-Cassini-konform arbeiten und somit »SystemReady IR« zertifiziert sind. Das Cassini-Projekt wurde vom Prozessorhersteller Arm initiiert mit dem Ziel, den Einsatz von Arm-Prozessoren zu vereinfachen und spezielle Sicherheitsfunktionen bereitzustellen. Cassini umfasst Standards, die auf dem SystemReady-Programm basieren, außerdem Security APIs, Entwickler-Zertifizierungen mit PSA (Platform Security Architecture) und Parsec (Platform AbstRaction for SECurity) sowie Referenzapplikationen.
Energieeffizienz im Blick
Für kostensensitive Applikationen mit hoher Energieeffizienz ist die Modulfamilie »MSC SM2S-IMX8ULP« mit NXPs i.MX-8ULP-Crossover-Prozessor ausgelegt (Bild 2). Die auf dem Board verbauten Komponenten und das Design sind auf sehr niedrige Verlustleitung bei gleichzeitig guter Rechenleistung getrimmt. Zielmärkte sind zum Beispiel batterie- beziehungsweise solarbetriebene Systeme mit langen Laufzeiten, IoT-Edge-Produkte oder sparsame Embedded-Steuerungen. Zudem kann die neue Generation stromsparender Module in Applikationen zum Einsatz kommen, die in der Vergangenheit mit Mikrocontrollern oder Multichip-Applikationen bedient wurden.
Auf Intel-Technik, genauer der Atom-x6000E- oder Pentium/Celeron-N-J-Serie, basiert Avnets Modulfamilie »MSC SM2S-EL«. So bietet der Hersteller zahlreiche Varianten für den erweiterten Temperaturbereich von –40 bis +85 °C sowie den 24/7-Dauerbetrieb in rauen Umgebungen oder im Außenbereich. Speziell für Netzwerkanwendungen bieten die Baugruppen eine hohe Echtzeitfähigkeit und zwei GbE-Schnittstellen mit TSN und Intel Time Coordinated Computing (TCC).
Zum schnellen Evaluieren und zum einfachen Design-in aller Embedded-Module stellt Avnet Embedded ein komplettes Ökosystem mit passenden Design Tools wie Starter Kit und Board Support Package (BSP) bereit. Avnets Ziel ist es, auf Basis von Standardmodulen vielfältige Applikationen in kurzer Zeit mit optimierter Time to Market realisieren zu können.
Um das Entwickeln von Embedded Software auf SMARC-Modulen zu vereinfachen, bietet Avnet Embedded außerdem die sogenannte SimpleSwitch-Plattform an. Sie ermöglicht den Wechsel der Software-Applikationen zwischen unterschiedlichen Modulfamilien, beispielsweise innerhalb der i.MX-8M-Familie oder zwischen Arm- und x86-Boards, ohne Änderung des Quellcodes.
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