Computermodule
Supercomputer im Supermarkt
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Computermodule für anpassbare Systeme
Um den unterschiedlichen Anwendungen die jeweils optimale Rechen- und Grafikleistung zu bieten und obendrein die jeweiligen speziellen Schnittstellen bereitzustellen, kommen hier meist Computermodule auf Basis des „COM Express“-Standards zum Einsatz. Dazu wird je Anwendung ein spezialisiertes Carrier Board entwickelt, das einen Steckplatz für den Embedded-Rechner in Form eines COM-Express-Moduls anbietet.
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Das conga-TCG (Bild 2) ist in diesem Zusammenhang besonders geeignet: Ein kompaktes COM-Express-Modul, das sich mit einer Größe von 95 × 95 mm² leicht in die jeweilige Anwendung integrieren lässt. Der hier verwendete Prozessor AMD G-Series SoC (System on Chip) enthält CPU, Chipsatz und Grafik auf einem Chip. Im Gegensatz zur Vorgängerversion mit zwei Chips bietet die neue SoC-Plattform nochmals mehr Multimedia-Leistung, eine höhere (heterogene) Processing Performance und unterstützt ECC-Speicher.
Die neuen AMD Embedded G-Series SoCs sind als Dualcore- und Quadcore-Versionen erhältlich. Sie basieren auf dem neuem Jaguar-CPU-Kern in 28-nm-Fertigungstechnologie und der AMD-Radeon-GPU der 8000er-Serie. Diese können bei höheren Taktraten mehr Befehle pro Taktzyklus verarbeiten, was sich auch bei der Ausführung verschiedener rechenintensiver Standard-Benchmarks widerspiegelt: Die AMD-G-Series-SoCs weisen im Vergleich zur Vorgängergeneration der G-Series-APUs eine um bis zu 113 Prozent verbesserte CPU-Performance auf. Auch die in Hardware realisierten Multimedia-Beschleuniger wurden überarbeitet: So bietet der verbesserte Universal Video Decoder neue Möglichkeiten für die Hardware-gestützte Videokodierung. Zudem hat AMD das Clock Gating verbessert und auf die Multimedia Engine erweitert, um die Leistungsaufnahme weiter zu verringern.
Beim conga-TCA werden von der integrierten GPU die Grafikschnittstellen VGA, Single-/Dual-Channel-LVDS mit 18/24 bit sowie DisplayPort 1.2 und DVI/HDMI 1.4a ausgeführt, über die zwei unabhängige Displays direkt angesteuert werden können (Bild 3). Über Display Port 1.2 wird auch Multistream unterstützt, um im Daisy-Chain-Modus bis zu zwei Displays pro Grafik-Anschluss anzusteuern. Dies ist ideal für alle grafikintensiven Applikationen wie z.B. für Digital-Signage-Anwendungen. Die integrierte AMD-Radeon-Grafik mit dem Universal Video Decoder 4.2 für die flüssige Verarbeitung von Blu-rays mit HDCP (1080p), MPEG-2-, HD- und DivX-(MPEG-4)-Videos unterstützt DirectX 11.1 und OpenGL 4. Die Open Computing Language OpenCL 1.1 ermöglicht, rechenintensive Aufgaben mit einer hohen Parallelität auf den Grafikprozessor auszulagern. Die Analyse von Videodaten kann z.B. per OpenCL-Programmierung komplett und extrem schnell von der Grafik-Engine abgearbeitet werden, da sich solche Aufgaben sehr gut parallel von den zahlreichen Execution Units in der GPU ausführen lassen. Solchen Applikationen stellt die integrierte GPU über OpenCL-APIs eine Rechenleistung von bis zu 256 GFLOPS zur Verfügung.
Lüfterlos dank geringer Leistungsaufnahme
Der geringe Leistungsbedarf der neuen SoCs ermöglicht zudem lüfterlose Designs. Damit werden Systeme nicht nur leiser, sondern auch zuverlässiger, da fehleranfällige mechanische Bauteile wie Lüfter entfallen können. Bei Wartezeiten in der Anwendung, was gerade im Retail häufig auftritt – frühmorgens werden z.B. nur wenige Leerflaschen zurückgebracht –, wirkt sich das ausgeklügelte Powermanagement positiv aus. Der CPU State C6 „deep power down“ ist auch auf der Multimedia-Engine verfügbar, um den Stromverbrauch weiter zu senken, ohne dabei den Bedienkomfort zu schmälern, da der Rechner weniger als eine Millisekunde benötigt, um vom Energiesparmodus auf volle Rechenleistung zu schalten.
Das conga-TCG unterstreicht seine Vielseitigkeit durch einen großen Performance-Bereich. Derzeit bietet Congatec insgesamt vier x86-Prozessoren der AMD-Embedded-G-Series-SoC-Plattform an. Sie reichen vom AMD GX-210JA 1,0 GHz Dualcore mit 6 Watt TDP bis hin zum AMD GX-420CA 2,0 GHz Quadcore mit 25 Watt TDP.
Das bereits in der Firmware und im Congatec Board Controller integrierte Batteriemanagement des conga-TCG ermöglicht eine einfache Realisierung von mobilen Systemen, wie sie z.B. bei Systemen direkt am Einkaufswagen benötigt werden. Mit dem zusätzlichen Smart Battery Manager conga-SBM3 können bis zu zwei Batterien verwendet werden, um einen möglichst langen Mobileinsatz zu gewährleisten. Kommt ein Betriebssystem mit ACPI-Unterstützung wie z.B. Windows oder Linux zum Einsatz, steht der Batteriestatus ohne weitere Software- oder Firmware-Änderung sofort zur Verfügung.
Kameras können beispielsweise über die flexibel konfigurierbaren vier PCI Express x1 Lanes der 2. Generation oder die beiden USB-3.0-Ports verbunden werden. Über acht USB-2.0-Ports und zwei serielle COM-Ports lassen sich Kassensysteme flexibel erweitern; weitere COM-Ports können über den LPC-Bus einfach generiert werden. Massenspeicher werden über die beiden SATA-3-Gbit/s-Ports oder auch das SD Card Interface angebunden. Die Gigabit/s-Ethernet-Schnittstelle erlaubt eine Anbindung an lokale Infrastruktur. Um bei einer Datenanbindung über das Internet, wie es z.B. bei vielen Digital-Signage-Anwendungen notwendig ist, hohe Datensicherheit zu realisieren, kann das conga-TCG optional mit einem TPM-Chip (Trusted Platform Module) ausgestattet werden.
Der integrierte Congatec Board Controller, ein von der CPU unabhängiger Mikrocontroller, bietet viele System-Monitoring-Funktionen und stellt u.a. auch einen mehrstufigen Watchdog-Timer zur Verfügung. Damit kann sich ein System selbst überwachen und z.B. im Falle einer fehlerhaften Software einen selbstständigen Neustart erzwingen. Mit dieser einfachen und in der Industrie bewährten Methode können peinliche Systempannen vermieden werden.
Die Anforderungen der Retail-Branche an die zahlreichen dort eingesetzten Computersysteme sind durchaus mit den hohen Anforderungen in der Automatisierungstechnik vergleichbar. Die Systeme müssen für den Dauereinsatz, also 24×7, ausgelegt sein. Die Bediener vor Ort sind keine Computerspezialisten und die Systeme müssen sehr robust sein. In beiden Bereichen kommen also idealerweise industriell ausgelegte Embedded-Computermodule zum Einsatz.
Dipl.-Ing. (FH) Christian Eder studierte Elektrotechnik mit Schwerpunkt Nachrichtentechnik an der Fachhochschule Regensburg. Er startete sein Berufsleben bei Kontron, als dies noch ein BMW-Tochterunternehmen war. Nach Stationen bei Force und JUMPtec und der neu gegründeten Kontron AG ist er seit 2004 Mitbegründer sowie Marketing Director der Congatec AG.
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