Embedded Module, Systeme und Plattformen Mit großen Schritten zur optimierten Lösung

Die SimpleFlex-Plattform kombiniert ein Prozessormodul mit einem standardisierten Carrier Board.
Die SimpleFlex-Plattform kombiniert ein Prozessormodul mit einem standardisierten Carrier Board.

Avnet Integrated hat in den letzten Monaten massiv in Smarc investiert und die Entwicklung der ersten COM-HPC-Produkte vorangetrieben. Neue Konzepte wie SimpleFlex und funktionale Plattformen haben das Ziel, die Ideen und Anforderungen der Kunden in neue wegweisende Produkte umzusetzen.

Die Entwicklung innovativer Industrieprodukte lässt sich durch den Einsatz standardisierter Computer-on-Module (CoMs) als vordefinierte Buildings Blocks optimieren. Die sofort integrierbaren Prozessormodule sind in unterschiedlichen Varianten mit skalierbarer Leistung und einem breiten Angebot an Schnittstellen erhältlich. Die treibenden Kräfte für das zweistellige Wachstum des Embedded-Computing-Marktes sind neue Anwendungen in den Bereichen Industrie, Transportation, Energietechnik, Gebäudeautomatisierung, Telekommunikation,  Medizintechnik, IoT- und KI-basierende Systeme.

Je nach Anwendung wird das passende Embedded-Modul ausgewählt, das einem der weit verbreiteten Standards wie COM Express, COM-HPC, Qseven oder Smarc entspricht. Für die Mehrzahl der Kunden spielt ein großes Produktportfolio des Anbieters von Embedded-Modulen eine große Rolle, um unterschiedliche Anforderungen über eine einzige Technologieplattform zu realisieren. Avnet Integrated setzt auf große Auswahlmöglichkeiten und hat in den letzten Monaten sowohl massiv in seine Smarc-Roadmap investiert, als auch die Entwicklung der ersten Produkte im COM-HPC-Standard vorangetrieben. »Wir wollen die Ideen und die Anforderungen unserer Kunden in neue wegweisende Produkte der Zukunft umsetzen«, erklärt Jens Plachetka, Manager Board Platforms von Avnet Integrated. »Die Mehrzahl unserer Kunden sind in Wachstumsmärkten zu Hause und erwarten von uns Technologieführerschaft.«

Die gerade verabschiedete Smarc-Spezifikation in der Revision 2.1 entspricht den heutigen Anfragen von Industriekunden nach energieeffizienten Embedded-Modulen in kleinen Formfaktoren und ist gleichermaßen für ARM/RISC-CPUs und x86-Prozessoren ausgelegt. Smarc 2.1 ist rückwärtskompatibel zur Revision 2.0, sodass die bereits in eine Embedded-Entwicklung gesteckten Investitionen gesichert sind. Avnet Integrated hat mit insgesamt neun Modulfamilien ein sehr umfassendes Produktportfolio an Smarc-2.1-Modulen.

Neben dem Smarc-2.1-Modul „MSC SM2S-AL“ mit Intels Atom-E3900-CPU stehen Produkte im Vordergrund, die auf der neuen Prozessorserie i.MX8 von NXP mit den Varianten i.MX8, i.MX 8M, i.MX 8M Mini und i.MX 8M Nano basieren. Die Multicore-Plattform umfasst Single-, Dual- und Quad-Core-Prozessoren, die die ARM-Cortex-Architektur mit Cortex-A72, Cortex-A53, Cortex-A9 beziehungsweise Cortex-A7-Cores integrieren. Mit der leistungsstarken Modulfamilie MSC SM2S-RYZ hat Avnet Integrated jetzt ihr Smarc-2.1-Portfolio am oberen Leistungsbereich erweitert und erstmals die AMD-Ryzen-Prozessortechnologie in den kleinstmöglichen COM-Formfaktor integriert. Die Module sind für innovative Anwendungen mit hohen Grafikanforderungen bei niedriger Verlustleistung, zum Beispiel Medizin, Visulisierung, HMI, Messtechnik, Entertainment und Gaming geeignet.

Die Familie „MSC SM2S-RYZ“ basiert auf einer AMD-Ryzen-Embedded-APU in Zen-Core-Architektur mit bis zu vier CPU-Kernen. Die Thermal Design Power (TDP) ist mit 25 W bis hinunter zu 6 W recht niedrig - trotz hoher Performance. Die Module können mit AMDs Ryzen-Prozessoren der Serie R1000 und einigen Prozessoren der Serie V1000 bestückt werden. Die integrierte Vega-Grafikeinheit mit acht bis zu 1200 MHz schnellen Compute Units steht für hohe Grafikleistung. An Grafikschnittstellen stehen 2 x DisplayPort 1.4/HDMI 2.0b und eDP 1.4/Dual-channel-LVDS zum Anschluss von drei unabhängigen Displays mit einer Auflösung von bis zu 4K zur Verfügung. Trotz des sehr kleinen Formfaktors können bis zu 16 GByte DDR4-SDRAM (2400 MT/s) und bis zu 256 GByte eMMC-Flash auf dem Board integriert werden.

Für leistungsfähige Embedded-Module hat sich seit Jahren der COM-Express-Standard erfolgreich etabliert und in unzähligen Anwendungen seine Einsatzfähigkeit unter Beweis gestellt. Um zukünftigen Anforderungen an Performance, Bandbreite und moderne I/O-Standards sowie der Möglichkeit nach oben offener Skalierbarkeit gerecht zu werden, beteiligt sich Avnet Integrated aktiv an der Entwicklung des neuen Standards für High Performance Computing-Module COM-HPC.

Die COM-HPC Spezifikation stellt dank eines speziell entwickelten Steckverbinders für die Verbindung vom Modul zum Carrier Board 800 Pins zur Verfügung.  Für leistungsfähige Netzwerkanwendungen sind schnelle Ethernet-Verbindungen mit Übertragungsraten von bis zu 100 Gbit/s (4 x 25 Gbit/s) je Port spezifiziert. Über schnelle PCIe-Schnittstellen der vierten und fünften Generation lassen sich unter anderem Beschleuniger für Künstliche Intelligenz, Physiksimulation sowie Datenkonzentratoren anschließen.

Um eine Bestückung mit Hochleistungsprozessoren und großen Speicher-Arrays basierend auf Server-DIMMs zu ermöglichen, unterstützt der Standard elektrische Leistungen von bis etwa 300 W je Modul. Damit wird es möglich, eine deutlich größere Performance auf Modulebene bereitzustellen, wie sie sonst nur auf Boards für Server und Workstations üblich ist.

Der COM-HPC Standard definiert die beiden Modulvarianten „COM-HPC Server“ und „COM-HPC Client“, die unterschiedliche Merkmale aufweisen und auf verschiedene Anwendungen zielen. COM-HPC-Server-Module sind für KI/Machine-Vision-Aufgaben, Edge- und Kommunikations-Server ausgelegt, die große Speicher und eine hohe Anzahl an Ethernet-Interfaces und PCIe-Lanes benötigen. COM-HPC Client-Module sind für High-end-Embedded-Computing-Systeme geeignet und verfügen über integrierte Videoschnittstellen wie DDI und eDP/MIPI-DSI. Über diese Interfaces lassen sich bis zu vier unabhängige, hochauflösende Displays ansteuern. Zu Gunsten der Display-Schnittstellen wurde die Anzahl der PCIe-Lanes und Ethernet-Ports im Vergleich zu COM-HPC Server reduziert.

Avnet Integrated stellt mit dem leistungsfähigen Client-Modul „MSC HCC-CFLS“ das erste Mitglied seiner neuen COM-HPC Produktfamilie vor, die auf dem neuen COM-HPC Standard basiert. Um sofort mit der ersten Evaluierung des High-Performance Computing-Moduls im neuen Standard  zu beginnen, ist das passende COM-HPC-Client-Carrier-Board „MSC HC-MB-EV“ lieferbar. Das Board kann auch zum Rapid Prototyping und zur schnellen Applikationsentwicklung eingesetzt werden. Avnet Integrated ermöglicht damit einen frühen Zugang zum neuen PICMG-Standard.

Das COM-HPC Client-Modul „MSC HCC-CFLS“ basiert auf der gesockelten Intel-Core-S-Prozessorfamilie der 9. Generation (Coffee Lake Refresh S-Serie), die eine hohe Skalierbarkeit von kostengünstigen Einsteigervarianten bis hin zu High-end-Prozessoren bietet. Die integrierte Grafikeinheit bietet Grafikbeschleunigung und Hardware-basiertes Video-En-/-Decoding. Über drei DDI-Schnittstellen und einen eDP lassen sich bis zu drei unabhängige Display-Einheiten mit einer maximalen  Auflösung von 4k x 2k anschließen.

Das umfangreiche Portfolio an Embedded-Modulen wird von Avnet Integrated in den unternehmenseigenen Design Centern entwickelt und in hochautomatisierten Produktionsstätten in Deutschland gefertigt. Neben der Hardware stellt Avnet Integrated komplette Design Tools wie Starter-Kits und Board Support Package sowie umfangreiche Service-Leistungen wie Design-in Support, Thermosimulation und Carrier Design Review zur Verfügung. Das Ineinandergreifen der einzelnen Produktphasen - alles aus einer Hand - ist ein wichtiger Schritt zur Sicherstellung einer gleich bleibenden hohen Qualität der Produkte.

Mit der SimpleFlex-Plattform geht Avnet Integrated noch einen Schritt weiter und kombiniert ein Prozessormodul mit einem standardisierten Carrier Board: Die flexible Plattform wird entsprechend der kundenspezifischen Anforderungen mit dem ausgewählten Smarc-2.1- oder Qseven-Modul bestückt und ohne Entwicklungsaufwand einfach konfiguriert. Dazu stehen über dreißig, vorab validierte Schnittstellenkombinationen zur Verfügung. Standardisierte Kühllösungen wie Heatspreader und passive Kühlkörper erleichtern die Systemintegration.

Das SimpleFlex-Konzept ist für den Serieneinsatz mit großen Stückzahlen ausgelegt. Da Avnet Integrated die anwendungsspezifische SimpleFlex-Plattform im eigenen Hause assembliert, kann in der Regel bereits innerhalb von 90 Tagen nach Projektstart die Serienproduktion anlaufen. In Kombination mit den ebenfalls konfigurierbaren SimplePlus Displays von Avnet Integrated lassen sich innerhalb kurzer Zeit komplette HMI-Systeme nach Kundenwunsch entwickeln und fertigen.

Um Kunden noch umfangreicher bei der Entwicklung ihres optimierten Endprodukts zu unterstützen, hat Avnet Integrated die erste Version ihrer funktionalen Systemplattform zur Bewegungsanalyse am Edge vorgestellt. Die sofort einsatzbereite Plattform ermöglicht die schnelle und einfache Evaluierung und Austesten der Hardware- und Software-Funktionalität. Mit der Systemplattform ist die Voraussetzung geschaffen, dass auf der Grundlage bereits vorkonfigurierten funktionalen Building Blocks ein Endprodukt relativ schnell und kostenoptimiert auf den Markt gebracht werden kann.

Avnet Integrated setzt bei Embedded-Modulen auch weiterhin auf alle gängigen Standards wie Smarc, Qseven, COM Express und COM-HPC. Neue Konzepte wie SimpleFlex und funktionale Plattformen können die Entwicklungszeiten eines innovativen Endprodukts deutlich verkürzen.