CoMs auf Basis verschiedener Prozessoren
»Unsere CoMs zielen auf KI-gestützte Edge-Anwendungen ab«
F&S Elektronik Systeme bietet hauptsächlich Computer-on-Modules (CoMs) auf Basis der CPUs i.MX93 und i.MX95 an. Doch worin unterscheiden sich die CPUs und die damit bestückten CoMs letztlich? Andreas Kopietz, Sales Director von F&S Elektronik Systeme, nimmt Stellung.
Markt&Technik: Welche Unterschiede gibt es zwischen den i.MX93- und den i.MX95-Bausteinen – und zwischen den damit bestückten Computer-on-Modules?
Andreas Kopietz: Die i.MX93-CPU ist hinsichtlich Leistung mit Dual-Arm-Cortex-A55-Kernen und einem Cortex-M33-Kern ausgestattet. Für Edge-KI-Anwendungen bietet sie eine integrierte Ethos-U65-NPU (Neural Processing Unit), die von ARM entwickelt wurde. Gerade im Hinblick auf den Cyber Resilience Act der EU verfügt die CPU über viele Funktionen zur Verschlüsselung, die unter dem Oberbegriff »EdgeLock Secure Enclave« zusammengefasst sind. Besonders interessant ist, dass die CPU neben MIPI-DSI (Display Serial Interface) und LVDS auch 24-Bit RGB Display Interface unterstützt. Sie eignet sich für energieeffiziente Edge-Computing-Anwendungen, bei denen Machine Learning und erweiterte Sicherheitsfunktionen erforderlich sind, etwa in der Industrieautomatisierung und im IoT-Bereich.
Dagegen verfügt die i.MX95-CPU über bis zu sechs Arm-Cortex-A55-Kerne, integrierte und sehr performante Arm-Mali-basierte 3D-Grafik sowie eine von NXP entwickelte NPU. Für High-Speed-Datenverarbeitung sind 2x Gen 3.0 PCI Express und 10 Gbit Ethernet + 2x 1 Gbit Ethernet mit TSN-Schnittstellen integriert. Der Einsatzbereich für die CPU zielt auf anspruchsvolle Anwendungen in den Bereichen Industrie, Netzwerktechnik und HMI ab, die hohe Rechenleistung und erweiterte Grafikfähigkeiten erfordern.
Inwieweit lassen sich in den Bausteinen KI- und ML-Modelle ausführen?
Die beiden NPUs in i.MX93 und i.MX95 unterscheiden sich deutlich in ihrer Leistung. Die i.MX93 ist energieeffizient und auf Edge-KI mit geringem Stromverbrauch zugeschnitten, während die i.MX95 mit stärkerer NPU, CPU und GPU für sehr rechenintensive Aufgaben wie Computer Vision geeignet ist.
NPU-Kerne sind, wie der Name schon sagt, besonders für Modelle auf Basis neuronaler Netze geeignet. Wir haben ausführliche Tests beispielsweise mit SSD-MobileNet, CenterNet-MobileNet und ResNet durchgeführt. Diese Modelle beruhen auf dem Prinzip der Convolutional Neural Networks (CNN) und kommen speziell für die Bild- und Videoanalyse zum Einsatz. Die NPU unterstützt hier das Framework TensorFlowLite. Andere Frameworks wie ONNX (Open Neural Network Exchange) werden ebenfalls unterstützt. Gerade bei Edge-KI-Anwendungen wird die ursprüngliche Auflösung der Bildinformation vor der Verarbeitung beispielsweise von 4k oder FullHD auf 640x640 oder 320x320 verringert. Wir haben in unseren Tests nachgewiesen, dass es im Hinblick auf benötigte Rechenzeit und Genauigkeit der Ergebnisse große Unterschiede zwischen den verschiedenen CNN-Modellen und der verwendeten Auflösung gibt. Je schneller die verwendete NPU arbeitet, desto größer kann die Auflösung gewählt werden oder ein Modell wie etwa ResNet mit großem Bedarf an Rechenleitung verwendet werden. Ziel ist immer, sowohl die Aufführungszeit als auch das Ergebnis der Inferenz zu optimieren. Die i.MX95-CPU liefert in diesem Kontext deutlich höhere Performance. Dennoch eignet sich die i.MX93 ebenfalls gut und verbraucht deutlich weniger Energie.
Für welche Anwendungen eignen sich die i.MX-93- und die i.MX-95-Bausteine – und die damit bestückten Computer-on-Modules – besonders?
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Die i.MX93- und i.MX95-CPUs sowie die darauf beruhenden Computer-on-Modules eignen sich besonders für KI-gestützte Edge-Anwendungen. Der i.MX93 bietet sich für energieeffiziente und kostensensitive Lösungen wie industrielle Steuerungen, Smart-Home-Geräte und IoT-Anwendungen an. Er erreicht eine grundlegende Grafikperformance für einfache Benutzeroberflächen. Der leistungsstärkere i.MX95 eignet sich besser für rechenintensive Aufgaben wie Computer Vision, autonome Systeme und industrielle Bildverarbeitung etwa in der Medizintechnik. Dank seiner leistungsfähigen GPU ermöglicht er zudem anspruchsvolle grafische Anwendungen und 3D-Visualisierungen.
Für welchen Bausteintyp eignen sich SMARC-Computer-on-Modules eher, für welchen OSM-Computer-on-Modules? Oder spielt das aus Sicht des Bausteintyps überhaupt eine Rolle?
SMARC-Module eignen sich besonders für leistungsfähigere Prozessoren mit umfangreichen Schnittstellen und höherer Grafikleistung. Der Standard umfasst viele externe Schnittstellen wie PCI Express, USB, Ethernet oder Display-Schnittstellen. Die nativen Schnittstellen der i.MX93-CPU erfüllen gerade so die minimalen Anforderungen des SMARC-Standards. Es fehlen wichtige Schnittstellen, etwa 10 Gbit Ethernet, USB 3.0 Host-Ports oder PCI Express x1 Gen. 3 Lanes. Genau hier punktet die i.MX95-CPU, die sich deutlich besser für den SMARC-Standard eignet.
Bei OSM und speziell bei der von uns implementierten Größe S verhält es sich genau umgekehrt: die i.MX93-CPU ist hier wesentlich besser geeignet. Rein praktisch gesehen passt das größere Package der i.MX95-CPU auch nicht zur OSM-S-Architektur mit 30 x 30 mm. Aktuell entwickeln wir ein neues Modul für unsere 35 x 40 mm große PicoCore-SoM-Familie mit dem i.MX95. Dieses Modul werden wir auf der embedded world North America in Anaheim im November präsentieren.
Welche Neuvorstellungen in Sachen i.MX-93- und i.MX-95-Computer-on-Modules präsentiert Ihr Unternehmen auf der embedded world 2025?
Während der embedded world 2025 zeigen wir verschiedene lauffähige Demos mit unseren Neuheiten. Hier eine Übersicht: Ein OSM-Modul mit i.MX93, das eine OpenGL-Demo ausführt, eine KI-Demo mit MIPI-Kamera, die mithilfe der NPU des i.MX93 THT-Bauteile erkennt, ein SMARC-Modul mit i.MX95, das ein hochauflösendes MPEG-Video abspielt, eine LVGL-basierte Medizinanwendung (Light and Versatile Graphics Library) als Beispiel für ein mobiles EKG-Gerät auf dem i.MX91, ein Solar-Info-Dashboard mit rotierendem Solarpanel mit i.MX93 sowie ein PicoCore-Modul mit Windows 11 IoT Enterprise auf dem i.MX91.
Die Fragen stellte Andreas Knoll.
F&S auf der Messe embedded world 2025: Halle 2, Stand 240
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