Markt&Technik Round Table - Teil 3 Eingestielt, aber noch nicht relevant

Die wichtigsten Trends rund um Industriecomputer und Embedded Systeme werden auf dem M&T-Forum diskutiert.
Die wichtigsten Trends rund um Industriecomputer und Embedded Systeme werden auf dem M&T-Forum diskutiert.

PCI-Express 4.0/5.0, USB 4 und TSN werfen ihre Schatten voraus. Die Expertenrunde diskutiert die Auswirkungen auf den Embedded-Computer-Bereich.

Seit seiner Einführung im Jahr 2003 hat sich der serielle High-Speed-Bus PCI Express zum Rückgrat der Chip-zu-Chip- und System-Bus-Kommunikation entwickelt. Mitentscheidend für diesen Erfolg ist die kontinuierliche Weiterentwicklung des Standards und der damit einhergehenden Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit. Mit der Version 4.0 ist nun die aktuellste Spezifikation gültig und an 5.0 wird auch schon emsig gearbeitet. Wie beurteilt die Embedded-Branche diese Entwicklung?

»Wir sprechen hier über Frequenzen, die schon eine Herausforderung darstellen. Da sind wir an den Limits der Stecker, die wir bisher einsetzen«, berichtet Christian Eder, Director Marketing von congatec. »PCI Express 4.0 kann man vielleicht gerade noch so hinkriegen, mit 5.0 gibt es aber sicherlich Probleme. Ganz klar, man braucht neue Standards.«

Für das Computer-on-Module-Segment ist mit COM HPC ein neuer Standard bereits in Arbeit, der oberhalb von COM Express angesiedelt ist. Bei der Auswahl der Steckverbinder wurde darauf geachtet, dass auch PCI Express 5.0 keine Probleme bereiten wird. »Natürlich stellen auch andere Interfaces wie USB 4 eine Herausforderung dar; bei COM Express bekommt man die 40 Gbit/s nur schwer drüber«, erklärte Eder. »Das sind alles Themen eines High-Performance-Standards, die erstmal gar nichts mit einem Auflötmodul zu tun haben. Bis das in der Low-Power-Klasse ankommt, wird es sicherlich dauern, denn Geschwindigkeit bedeutet Strom.«

Die neuen Interfaces kann man gut handhaben, wenn man am grünen Tisch anfängt, wie in der PICMG mit COM HPC. Daher ist dort das Feature-Set auf Pin-Level bereits sehr weit gediehen, und die Hoffnung besteht, das Pinout und die Mechanik noch im zweiten Quartal dieses Jahres vorstellen zu können. »Bis so ein Standard dann komplett durchdokumentiert ist, ist ein andere Sache«, räumt Eder ein.

Die höheren Frequenzen wirken sich aber nicht nur auf die Module aus, sondern auch auf Embedded-Systeme mit Steckplätzen. Eine Faustregel besagt, dass mit steigenden Frequenzen die maximalen Leitungslängen abnehmen. Sind damit Backplanes und Riser-Cards demnächst aus dem Rennen?

»Man braucht jetzt schon teilweise Redriver«, erläutert Eder. »An der PCI-Express-5.0-Spezifikation wird noch gearbeitet, um das Augendiagramm zu optimieren, damit dieses Thema adressiert wird. Die Chiphersteller müssen mit den schlechteren Signalen umgehen können. Damit kann man dann wieder längere Distanzen überwinden.« – »Bei Backplanes und Riser-Cards geht es meist um Connectivity«, ergänzt Wolfgang Eisenbarth, Managing Director von Portwell, »und es sind viele Anwender noch nicht einmal bei PCI Express 3.0 angekommen.«

Für den Sprung auf PCI Express 4.0 liegt die Latte noch wesentlich höher. »Es wird für unsere klassischen Kunden eine Herausforderungen werden, mit diesen High-Speed-Signalen umzugehen«, betont Jens Plachetka, Manager Product Business Unit Board Platforms von Avnet Integrated. »Die Oszilloskope kosten dann schon deutlich mehr als im unteren ARM-Bereich – eine halbe Million Euro können es schon werden. Und eine ordentliche Elektrosimulation gibt es auch nicht für umsonst. Die Investitionen für High-Speed-Designs werden damit hochgehen müssen und wir sind gefordert, die entsprechenden Serviceleistungen anzubieten.«

Bis dahin scheint jedoch noch etwas Zeit zu vergehen. »Ich sehe momentan bei Modulen und SBCs keine harten Forderungen nach PCI Express 4.0. Wir können uns mit den klassischen Themen noch ein bisschen beschäftigen – aber sie werden irgendwann kommen« erklärt Reiner Grübmeyer, Director Product Management Systems von Kontron. »Man muss schauen, wann die GPGPUs PCI Express 4.0 brauchen.«

Aber auch jenseits der Steckverbinder wird der neue Standard für Kopfzerbrechen sorgen, ist sich Martin Steger, Geschäftsführer von iesy, sicher: »PCI Express 4.0 wird auch für Peripherie-Chips kommen, das ist unausweichlich. Das bedeutet dann aber auch einen Paradigmenwechsel bei der Leiterplattentechnik. So mancher PCB-Hersteller wird sich damit schwer tun.« – »Zudem wird sich das Leiterplattenmaterial auch ändern«, ergänzt Eder. »Das gibt es zwar schon, es ist aber auch richtig teuer, wenn man richtig schnelles Material haben will.« Die Hoffnung bestünde jedoch, dass mit der steigenden Nachfrage die Preise deutlich nachgeben.