Robust mit hohem Datendurchsatz Embedded-PCs für die Fahrzeugentwicklung

Der Embedded-PC Concepion-tXf-L v2 Automotive von InoNet.

Um bei rauen Umgebungsbedingungen und hohen Leistungsanforderungen bei der Fahrzeugentwicklung Effizienzeinbußen zu vermeiden, hat InoNet Computer ein entsprechendes Hardware-Portfolio erstellt.

In der Automotive-Branche jagt ein Innovationsgedanke den Nächsten. Einerseits müssen sich klassische Bereiche der Fahrzeugentwicklung, die sich die letzten Jahrzehnte bewährt haben, neu ausrichten, andererseits etablieren sich zur gleichen Zeit völlig neue Unternehmen oder gar ganze Sparten. Um konkurrenzfähig bleiben zu können, müssen alle Marktteilnehmer, vom Start-up bis zum Großkonzern, innovative Lösungsansätze im Bereich der Fahrzeugdigitalisierung in möglichst kurzer Zeit hervorbringen. Spricht man gestern noch von einem Technologietrend, so wird die Umsetzung dessen, morgen bereits getestet.

Einer der größten Treiber für die Digitalisierung im Fahrzeug ist die Entwicklung des autonomen Fahrens der Stufe 5. Dafür ist es notwendig, weitreichende und extrem komplexe Kommunikationsstrukturen aus Sensorik, Datenbussen, Steuergeräten und Antrieben alleinstehend und in Kombination zu testen und nachfolgend zu validieren. Das jedoch kann nur funktionieren, wenn die eingesetzte Hardware die unterschiedlichsten Anforderungen der Anwendung abdecken kann und lückenlos aufeinander abgestimmt ist. Zudem ist die Hardware, im Rahmen der Fahrzeugenwicklung, rauen Umgebungsbedingungen, wie erhöhter Temperatur, Vibrationen und Schocks ausgesetzt und muss dabei zuverlässig betrieben werden können. Der Anbieter für professionelle Computing-Lösungen InoNet bietet dazu ein umfangreiches Hardware-Portfolio an, um die Datenaufnahme und -bearbeitung, Datenspeicherung und -auswertung im Rahmen der Fahrzeugerprobung schnell, kosteneffizient und komfortabel durchzuführen und somit den Testingenieuren und Entwicklern die operative Handhabung wesentlich zu erleichtern.

Im Fokus der Hardware-Entwicklung bei InoNet steht performantes Data-Logging und der Einsatz von viel CPU- und GPU-Power bei maximaler Flexibilität und Modularität. Zur Komplettlösung zählen neben leistungsstarken Embedded-PCs für den In-Vehicle-Einsatz auch hoch performante Systeme für die Auswertung der aufgezeichneten Fahrzeug- und Sensordaten. Auch Zubehörteile, wie eine Montageplatte mit Isofix-Befestigungsmöglichkeit auf dem Rücksitz, für das sichere Anbringen der Testsysteme innerhalb des Fahrzeugs, gehören zu den innovativen Lösungen. Für die Datenaufnahme und -bearbeitung stehen dem Anwender vielfältige Systeme, von kompakten Embedded Systemen bis zu hoch performanten Automotive-Servern zur Verfügung. Entscheidend für die Auswahl der passenden Hardware für den In-Vehicle-Einsatz sind hierbei die unterschiedlichen Kriterien, wie Leistungsanforderungen der Anwendung hinsichtlich CPU und GPU, benötigte Datenschreibraten, erforderliches Speichervolumen und die Umgebungsbedingungen, unter welchen die Systeme im Rahmen der Anwendung zum Einsatz kommen.

Der für den In-Vehicle-Einsatz entwickelte und aktiv gekühlte Embedded-PC Concepion-tXf-L v2 ist mit einem Intel Core i9-9900, der schnellsten Coffee-Lake-Refresh-CPU der 65-W-Klasse, ausgestattet und liefert so hohe Rechenleistung für die gängigen Anforderungen in der Fahrzeugentwicklung. Die Kombination von leistungsstarken und gleichzeitig robusten Komponenten ermöglicht den Betrieb des Systems bei Umgebungstemperaturen von -10°C bis 60°C auf einer Größe ähnlich der eines Schuhkartons (215 mm x 131 mm x 303 mm). Die integrierten M12-Konnektoren oder 15/25-poligen D-Sub-Buchsen, die je nach Wahl und Anwendung bestückt werden können, bieten die Kommunikation mit typischen Fahrzeugbussystemen zur einfachen Sensorfusion. Zwei PCIe-x8-Slots (mechanisch x16) bieten flexible Anschlussmöglichkeiten, die je nach Bedarf genutzt werden können, wobei in der Automotive-Ausführung der Concepion-tXf-L v2 auf Komponenten mit erhöhter GPU- und Netzwerk-Performance geachtet wurde. Der performante Embedded-PC bietet vier 10GbE-Ports, die über das Protokoll 802.1as auch in zeitkritischen Netzwerken zum Einsatz kommen können. Für rechenintensive Anwendungen mit Künstlicher Intelligenz, wie das Anlernen von Deep-Learning-Algorithmen, stehen GPUs mit über 1792 Cuda-Cores zur Verfügung. Diese bewerkstelligen eine parallele Verarbeitung von großen Datenmengen im Fahrzeugeinsatz, oder in anderen anspruchsvollen Applikationen. Das System wird je nach Leistungsklasse von einem 250-W- oder 400-W-Netzteil mit verriegelbarem Neutrik-Stecker versorgt, das die nötige Stabilität und Robustheit im täglichen Betrieb bereitstellt und über einen konfigurierbaren Zündungssignaleingang für In-Vehicle-Anwendungen verfügt. Die Flexibilität und Anpassbarkeit der Concepion tXf-L v2 ermöglicht die Übertragung von großen Datenmengen in einem kurzen Zeitraum, egal ob im Fahrzeug oder in stationären Anwendungen.

Noch mehr CPU- und GPU-Leistung liefert der Automotive-Server Mayflower-B17 mit bis zu zwei Intel-Xeon-Prozessoren mit bis zu 145 W Verlustleistung und der Erweiterungsmöglichkeit um mehrere High-end-Grafikkarten. Unterschiedliche Kühlungsoptionen, wie Wasserkühlung oder aktiv belüftete Kühltürme erlauben sogar den Einsatz einer Nvidia-Tesla-V100-Grafikkarte im Fahrzeug. Das Gehäuse der Mayflower-B17 wurde für den In-Vehicle-Einsatz entwickelt und besitz daher Befestigungsmöglichkeiten für alle High-end-Komponenten, um einen Einsatz auch unter hoher Vibrationslast zu gewährleisten. Durch die zahlreich vorhandenen PCIe-Erweiterungssteckplätze können bereits werkseitig die gewünschten Mess- und Erweiterungskarten verbaut werden.

Herzstück der InoNet-Komplettlösung für die Fahrzeugentwicklung ist das InoNet QuickTray, eine Art Schublade, die einen bequemen und schnellen Austausch von riesigen Datenmengen zwischen In-Vehicle-System und Auswertstation per Plug-and-Play ermöglicht. Mit dem InoNet QuickTray, bestehend aus vier schock- und vibrationsresistenten  2,5-Zoll- SSDs, können bei der Datenaufnahme über ein SATA-III- oder NVMe-Interface insgesamt Schreibraten von bis 7 GByte/s (Automotive Concepion-tXf-L v2) und 12 GByte/s (Mayflowe-B17) erreicht werden – verglichen mit einer herkömmlichen Consumer-SSD ist das rund 20-mal so schnell.

Insgesamt kann so in Verbindung mit dem Embedded-PC Concepion-tXf-L v2 eine maximale Speicherkapazität von 64 TB auf kleinem Raum ermöglicht werden. Der Automotive-Server fasst sogar bis zu 256 TB an Speichervolumen. Sind die Datenträger vollgeschrieben, kann die QuickTray-Schublade einfach gegen eine neue ausgetauscht werden – im Handumdrehen und ohne Werkzeug. So lässt sich extrem viel Zeit bei sonst aufwändigen Szenarien des Festplattenwechselns während der Fahrzeugentwicklung sparen. Außerdem können die verwendeten Aufsätze mit QuickTray-Einschub ohne großen Aufwand vom Host-System getrennt werden und ermöglichen so einen vollkommen anwendungsspezifischen Einsatz unter Verwendung minimalen Bauraums. Zur Auswertung und Weiterverteilung der gesammelten Daten direkt am Arbeitsplatz, für das mobile Backup oder direkt in die ansässige IT-Infrastruktur bestehen dank  InoNet QuickTrays unterschiedliche Möglichkeiten. Das QuickTray ist standardmäßig kompatibel mit allen Geräten aus dem InoNet Automotive Portfolio. So kann es als Gesamtlösung in Verbindung mit dem Embedded-PC Concepion-tXf-L v2 zum Einsatz kommen.

Darüber hinaus kann das InoNet QuickTray in einen herkömmlichen Dual-5,25-Zoll-Laufwerksschacht verbaut werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, das InoNet QuickTray in einem individuellen Stand-alone-System mit flexibler Datenübertragungsschnittstelle, wie USB, Thunderbolt oder PCIe in Betrieb zu nehmen. So verfügt der Nutzer bei der Verwendung des InoNet QuickTrays über eine hohe Flexibilität und ist frei in der Entscheidung, in welchem System das InoNet QuickTray mit seinem hohen Datendurchsatz schlussendlich zum Einsatz kommt. Anschließend stehen die Daten zur Weiterverarbeitung für rechenintensive KI-Anwendungen und unterschiedliche Simulations- und Testfälle (HiL und SiL) für die Validierung zur Verfügung.

Durch ein umfangreiches und aufeinander abgestimmtes Hardware-Portfolio zur Fahrzeugentwicklung ist es möglich, den Aufwand für Testingenieure im Alltag erheblich zu senken, gleichzeitig die Effizienz zu steigern und somit einen nicht unerheblichen Vorteil in einer extrem kompetitiven Branche zu erhalten. So kann die letzte Stufe 5 des autonomen Fahrens vielleicht schon in naher Zukunft erreicht werden, denn grundsätzlich gilt: je mehr Daten als Grundlage für die Analyse und Validierung zur Verfügung stehen, desto mehr Informationen können abgeleitet werden und umso höher ist folglich auch die Qualität des Entwicklungsergebnisses.