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Rechenleistung für Edge und Fog

15. Dezember 2020, 06:00 Uhr   |  Manne Kreuzer

Rechenleistung für Edge und Fog
© congatec

Congatec hat die neuen Tiger-Lake-basierten Module für den erweiterten Temperaturbereich entwickelt.

congatec nutzte den Rahmen der virtuellen Herbstmessen, um zahlreiche neue Produkte und die eigene Strategie zu präsentieren.

Für Outdoor- und Fahrzeug-Applikationen stellt congatec sechs neue Computer-on-Modules (CoMs) für den erweiterten Temperaturbereich vor, die mit Intels Core-Prozessoren der 11. Generation (Tiger Lake) bestückt sind. Die neuen COM-HPC- und COM-Express-Typ-6-Module sind mit besonders hochwertigen Komponenten ausgerüstet, um Temperaturen von -40°C bis 85°C zu widerstehen und bieten alle Funktionen und Dienste, die für einen zuverlässigen Betrieb unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen erforderlich sind.

Das Angebotsspektrum umfasst dabei robuste Auslegungen mit passiver Kühlung, optionaler Schutzbeschichtung (Conformal Coating) gegen Korrosion durch Feuchtigkeit oder Kondensation sowie eine Liste mit empfehlenswerten Carrierboard-Schaltplänen und geeigneten Komponenten für den erweiterten Temperaturbereich. Dieser technische Funktionsumfang wird durch ein Serviceangebot ergänzt, das Temperatur-Screening und High-Speed Signal-Compliance-Tests zusammen mit Design-In-Services und Schulungen umfasst.

Basierend auf den neuen Low-Power Tiger-Lake-SoCs bieten die neuen Module eine deutlich höhere CPU-Leistung und eine fast dreifach höhere GPU-Leistung sowie PCIe-Gen4- und USB4-Support. Anspruchsvolle Grafik- und Computing-Workloads profitieren von bis zu vier Cores, 8 Threads und bis zu 96 Ausführungseinheiten für massiv-parallele Datenverarbeitung. Die integrierte Grafikeinheit kann für die parallele Datenverarbeitung in Convolutional Neural Networks (CNN) genutzt werden oder um KI und Deep Learning zu beschleunigen. Mit dem Intel-OpenVino-Software-Toolkit, das optimierte Aufrufe für OpenCV, OpenCL-Kernel sowie weitere Branchen-Tools und Bibliotheken enthält, können Workloads bedarfsgerecht auf CPU-, GPU- und FPGA-Computereinheiten ausgedehnt werden, um KI-Workloads zu beschleunigen.

congatec erweitert zeitgleich mit der Einführung des AMD-Ryzen-Embedded-V2000-Prozessors die Anwendungsbereiche seiner Ryzen-basierten COM-Express-Typ-6-Plattformen in Richtung kleinerer aber leistungsfähigerer Systemdesigns. So beeindruckt das neue conga-TCV2-Modul mit doppelter Rechenleistung pro Watt und doppelt so vielen Cores im Vergleich zur vorherigen Generation bei nur 76 % der bisherigen Größe und 100 % Pinkompatibilität.

Mit bis zu acht Kernen und 16 Threads sind die neuen Computer-on-Modules Kandidaten für Digitalisierung und parallele Edge-Analytik – inklusive Workload-Balancing und Konsolidierung, die durch virtuelle Maschinen auf der Basis von congatecs RTS Echtzeit-Hypervisor-Implementierungen ermöglicht werden. Darüber hinaus verfügen die Module über 4 MB L2-Cache, 8 MB L3-Cache und bis zu 32 GB 64-Bit-DDR4-Dual-Channel-Speicher mit ECC-Unterstützung. Die integrierte AMD-Radeon-Grafikeinheit mit bis zu sieben Recheneinheiten unterstützt auch Applikationen und Anwendungsfälle, die eine High-Performance Datenverarbeitung mittels GPU benötigen.

Obwohl diverse Unternehmen ihre ersten COM-HPC-Module schon vorgestellt haben, läuft der Standardisierungsprozess der PICMG offiziell noch bis zum Ende des Jahres – allgemein wird also nicht von Änderungen und Verzögerungen ausgegangen. Damit die Einführung des neuen Standards reibungslos verläuft und sich ein entsprechendes Ökosystem bilden kann, stellt congatec entsprechende Carrierboards und Kühllösungen vor. Sie sind ein wichtiger Meilenstein für die COM-HPC-Integration und wurden dazu entwickelt, die Anwendung der neuen COM-HPC-Module zu beschleunigen, die auf den Intel-Core-Prozessoren der 11. Generation basieren. Der COM-HPC- Standard besticht durch eine breite Palette neuester High-speed-Interfaces wie PCIe Gen 4 und USB4, zukunftssichere High-speed-Steckverbinder und ein umfangreiches Featureset für das Remote Management. Insbesondere letzteres ist von größter Bedeutung für alle neuen Connected-Edge- Breitbandanwendungen, die von dedizierten Edge-Geräten bis hin zu robusten Edge-Clouds und Echtzeit-Fogs reichen.

»Die Herausforderung bei Echtzeit-Edge-Computing-Anwendungen besteht darin, das beste Setup sowohl für die Fog-Dienste als auch für die über zeitsensitive Netzwerke verbundenen Edge-Geräte zu finden. Da an den Edges viele Aufgaben zu bewältigen sind, benötigen OEM-Kunden und professionelle Endanwender einen individuellen Mix der Rechenkapazitäten«, erklärt Jason Carlson, CEO von congatec. »Wir können diese Bedürfnisse vollständig abdecken, indem wir Modularität sowohl auf der Hardware- als auch auf der Softwareebene anbieten und perfekt zugeschnittene applikationsfertige Plattformen aus einer Hand liefern.«

Zusammen bilden die Fog- und Edge-Devices den Echtzeit-Edge-Computing-Markt, der im Bereich des Embedded-Computings für raue Umgebungen rasch an Bedeutung gewinnt. Der globale Edge-Computing-Markt wurde 2019 auf 3,5 Mrd. Dollar geschätzt, mit einer prognostizierten jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von über 37 % für den Zeitraum 2020 bis 2027. Typische Anwendungen reichen vom Industrie 4.0- und IIoT-Computing mit prädiktiver KI bis hin zur Videoanalyse mit einem Netz von Fog-Knoten zur intelligenten Videoverarbeitung mittels Anomalie-Erkennung, Echtzeitverfolgung und weiterer Datenanalytik. Zu den vertikalen Branchen gehören Energie- und Versorgungsunternehmen, die industrielle Fertigung, Robotik und Steuerung, Transport und Logistik sowie Smart Cities, -Homes und -Buildings. Weitere Anwendungsbereiche finden sich im Gesundheitswesen, in der Landwirtschaft und im Einzelhandel sowie im Umfeld industrieller Wearables und in Rechenzentren.

Ein entscheidender Baustein dabei ist die echtzeitfähige Kommunikation. congatec unterstützt daher TSN-Funktionen schon seit geraumer Zeit und bietet bereits Entwicklungsplattformen an, die TSN synchronisierte Netzwerke mit Echtzeitsteuerung in virtuellen Maschinen (VMs) kombinieren. Neu sind die zusätzliche TCC-Unterstützung und zusätzliche Zeitstempelzähler (Time Stamp Counter / TSC) Funktionen, die die synchronisierte Ausführung von Operationen bis hinunter zu den I/Os in Echtzeit verwalten.

Die unmittelbar einsatzfertigen Plattformen für taktile Internetanwendungen basieren auf congatecs TSN-Demosystem, das der IEEE-1588-Precision-Time-Protocol-Spezifikation entspricht, um die Echtzeitfähigkeit von Kommunikationsprotokollen höherer Schichten wie DDS oder OPC-UA sicherzustellen. Nun hat congatec die Unterstützung des TCC-Protokolls für Intels Tiger-Lake- und Elkhart-Lake-Prozessoren hinzugefügt. Zur Demonstration der Fähigkeit, Fernsteuerungsbefehle in Echtzeit an verteilte I/Os zu senden, kann die Demo-Plattform sogar die Echtzeit-Steuerlogik des congatec Workload Consolidation Sets einbinden und den Aktuator, der bisher in Echtzeit lokal angesteuert wurde, über Ethernet steuern.

»TSN und TCC sind zwei sich ergänzende Technologien für die Echtzeit-Kommunikation over IP. Während TSN die verschiedenen Akteure – ähnlich wie der Dirigent und sein Orchester – durch die Einstellung der Netzwerkzeit orchestriert, sorgt die TCC-Technologie dafür, dass die verschiedenen Akteure ihre Operationen genau dann ausführen, wenn sie es sollen«, verdeutlicht Martin Danzer, Director Product Management von congatec. »Der Einsatz von Echtzeit-Hypervisor-Technologie von Real-Time Systems (RTS) stellt sicher, dass diese Prozesse nicht durch andere Funktionen wie GUI, KI oder Firewall oder andere parallel laufende Prozesse gestört werden können. Der Vorteil besteht darin, dass OEMs ihre Anwendungen auf nur einem einzigen System konsolidieren können, sodass letztlich industrieller Echtzeit-Fog- oder Edge-Server entstehen.«

Mit dem neuen Träger-Board will congatec den neuen Standard COM-HPC voranbringen.
© congatec

Mit dem neuen Träger-Board will congatec den neuen Standard COM-HPC voranbringen.

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