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Embedded-Computer

Welches Board-Format ist das Richtige?

29. September 2014, 14:43 Uhr | Von Knud Hartung

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Computermodule

Im Gegensatz dazu decken Computermodule (COMs) ein breiteres Spektrum von Leistungs-Optionen ab – von 38 Watt bei COM Express bis weniger als 12 Watt bei Qseven (Bild 2) und SMARC (Smart Mobility ARChitecture). Es muss nicht jedes Standardmodul alle Eigenschaften und Schnittstellen unterstützen. Vielmehr wird ein Baseboard nötig, um die individuelle Performance und I/O-Bestückung für die jeweilige Anwendung bereitzustellen. Upgrades sind kosteneffektiv und effizient möglich, denn die Module lassen sich zum Steigern der Performance tauschen, und sie können nach wie vor dasselbe individualisierte Baseboard nutzen. Bestimmte Anwendungen profitieren klar von einer Zwei-Platinen-Lösung, da die speziell angefertigte Trägerkarte in Sachen Leistung und Schnittstellen perfekt abgestimmt ist und wenig Platz beansprucht. Die Individualisierung kann über mehrere Produktgenerationen hinweg genutzt werden, während sich die Leistungsfähigkeit durch den Einsatz immer neuer Module, die von verschiedensten Anbietern kommen und untereinander tauschbar sind, stetig anheben lässt. Sind Sie an einen bestimmten Footprint gebunden? COMs bieten zusätzlich die Wahl zwischen einer ganzen Reihe verschiedener Footprints und Performance-Optionen, um das Spektrum der Einsatzmöglichkeiten zu vergrößern.

Insgesamt stellt ein Single-Board-Computer die Struktur eines Standalone-Computers bereit. Das System ist also einsatzfertig. Man muss es nur noch mit der Stromversorgung verbinden und die I/Os anschließen. Bei den COMs werden das Baseboard und der/die Steckverbinder genutzt, um alle I/O Lanes durch das System zu leiten. Die Möglichkeit zur flexiblen Implementierung von I/Os direkt auf dem Modul besteht dabei nicht. Das Baseboard erfordert zusätzliche Entwicklungsressourcen, bietet dafür aber Flexibilität hinsichtlich der Platzierung der Schnittstellen. Es ist vor allem nicht gerade einfach, von einem Modulkonzept auf einen SBC zu wechseln. Angesichts der erheblichen Implementierungsunterschiede legt die Entscheidung für eine der beiden Optionen das Design für lange Zeit fest. Die Entwickler müssen sich also nicht nur fragen, welche Elemente die tragfähigste Grundlage für ihr System bilden, sondern auch welchen Entwicklungsweg sie in Bezug auf die Baseboards bevorzugen. Wollen Sie Design-Ressourcen auf das Baseboard verlagern oder können Sie mit der vorgegebenen Struktur eines Backplane-Systems umgehen?

Leistung braucht Kühlung

Ist die Leistungsaufnahme des Systems gering oder extrem gering? Die CPU-Performance steht in direktem Zusammenhang mit dem Stromverbrauch. Allgemein gilt, dass kleinere Formate weniger Verlustleistung und damit auch weniger Systemleistung ergeben. Wenn ein Design aufgrund des verfügbaren Platzes oder wegen anderer Designrestriktionen mit passiver Kühlung auskommen muss, sind Abstriche in Gestalt einer weniger leistungsfähigen CPU unumgänglich.

Kann ein Design dagegen aktiv gekühlt werden, um mit der vermehrten Abwärme eines leistungsstärkeren Prozessors zurechtzukommen, gibt es generell mehr Optionen in Bezug auf Plattform, Layout, CPU usw. Beispielsweise bleibt COM Express mit einer Reihe verschiedener Modul-Footprints skalierbar, um die zahlreichen CPU-Optionen zu unterstützen. Die Optionen COM Express Basic und Compact sind die größeren Footprints dieses Formats, das abgesehen davon bis auf einen Mini-Footprint mit der ungefähren Größe des Formats SMARC Short skalierbar ist.

Designs erfordern in der Regel einen unverstellten Blick auf die Abwägung zwischen Power Management und Performance-Anforderungen. Dennoch gibt es eine Reihe subtiler Optionen, die neue Wege für Systeme mit mehr Rechenleistung und extrem geringer Leistungsaufnahme ebnen. Wenn es um kleine, leichte und zuverlässige Designs mit geringem Stromverbrauch ging, sahen sich die x86-Plattformen seit jeher der Konkurrenz seitens der ARM-Prozessoren ausgesetzt. Die Entwicklung geht jedoch weiter, so dass den Entwicklern inzwischen auch eine glaubwürdige Option für stromsparende x86-Designs mit sehr kleiner Grundfläche geboten wird. Neue Systems-on-Chip bieten mehr Rechenleistung als die vorige Generation, und dies in einem x86-Chip mit weniger als 10 W Leistungsaufnahme. Die Entwickler müssen also entscheiden, ob man bei einem System besser Abstriche an der Leistungsfähigkeit macht als am Stromverbrauch. Entscheidend ist hier, dass ein Design bezogen auf wichtige Verlustleistungs- und Performance-Aspekte richtig dimensioniert ist. Erfordert die Anwendung beispielsweise hohe CPU-Leistung bei kleinem Footprint, sind COM-Express-Module in den Größen Basic und Compact möglicherweise das ideale Format. Wenn aber eine weniger leistungsfähige CPU ausreicht, haben die Entwickler mehr Optionen und sollten die Architektur und die Schnittstellen-Ausstattung als weitere Kriterien bei der Entscheidung über das Format hinzunehmen.