Hohe Zuverlässigkeit mit ECC Robustes COM-Express-Mini-Modul

Das COM-Express-Modul C10M-BT von MSC nutzt das »Mini«-Format mit Type-10-Pinout und basiert auf Intels Atom-Prozessortechnologie E3800.
Das COM-Express-Modul C10M-BT von MSC nutzt das »Mini«-Format mit Type-10-Pinout und basiert auf Intels Atom-Prozessortechnologie E3800.

Mit dem COM-Express-Mini-Modul C10M-BT mit Type-10-Pinout erweitert MSC Technologies sein COM-Express-Produktportfolio um einen neuen Formfaktor. Dank der implementierten Error-Correcting-Code-Funktionalität (ECC) sind Geräte mit besonders hohen Sicherheitsanforderungen realisierbar.

Um alle COM-Express-Formate zu unterstützen, hat MSC Technologies das COM-Express-Modul C10M-BT im Mini-Format mit Type-10-Pinout entwickelt. Der Pinout-Typ-10 ist eine Aktualisierung der COM-Express-Type-1-Steckerbelegung. Die Type-10-Standardmodule verfügen über einen einzelnen Steckverbinder mit 220 Pins (A-B Connector) und bieten moderne Display-Schnittstellen. Obwohl das Type-10-Modul nicht Pin-kompatibel zu den weit verbreiteten COM-Express-Modulen mit Type-6-Pinout ist, besteht durch leichte Modifizierungen des Carrier Boards ein Migrationsweg. »Wir sehen einen wachsenden Markt für kompakte und energieeffiziente Type 10-Module«, erklärt Konrad Löckler, Product Marketing Manager Boards von MSC Technologies. »Mit der Einführung des neuen Boards im Mini-Format komplettieren wir unser COM-Express-Portfolio und bieten für alle Anwendungsfälle sehr attraktive Module an.«

Das kompakte Modul C10M-BT basiert auf der aktuellen Intel-Atom-Prozessortechnologie E3800 (Codename »Bay Trail«) und hat die Abmessungen von 55 x 84 mm. Wie für alle COM-Express- und Qseven-Modulfamilien, die auf Intels Atom-Prozessortechnologie E3800 basieren, stellt MSC Technologies auch für die Mini-Modulfamilie eine verlängerte Lieferzusage sicher: Der Hersteller gewährleistet eine Langzeitverfügbarkeit von mindestens zehn Jahren ab Einführung der neuen Prozessortechnologie vor gut einem Jahr, also bis Ende 2023. »Die verlängerte Verfügbarkeit bis zu zehn Jahren macht unsere aktuellen Intel-Atom-basierenden Produkte besonders interessant für unsere langfristig planenden Industriekunden«, betont Löckler. Die Kunden können damit ein durch eine Abkündigung nötiges Redesign ihrer Produkte hinauszögern und in der Summe den Entwicklungs- und Zertifizierungsaufwand für ihre Industrieprodukte optimieren. Davon profitieren vor allem Anwendungen für Medizintechnik, Industrie, Automatisierung, Transportation und Avionics.

Das Mini-Modul ist für kompakte Anwendungen mit hoher Belastung (ruggedized) ausgelegt. Deshalb sind alle Bauteile, einschließlich des Speichers und der optionalen eMMC-Flashdisk, auf die Platine gelötet und nicht einfach gesteckt. Das Embedded-Modul ist für den erweiterten industriellen Betriebstemperaturbereich von –40 bis +85 °C spezifiziert. Um die Zuverlässigkeit des Moduls und damit die Sicherheit des Endprodukts zu erhöhen, verfügt der bis zu 4 GByte große DDR3L-SDRAM-Speicher des Mini-Modul über eine optionale Fehlerkorrektur mit Error Correcting Code. Das ECC-Verfahren stellt eine hohe Datenintegrität, Zuverlässigkeit und Systemverfügbarkeit sicher. Damit lassen sich auch innovative Systeme mit sehr hohen Sicherheitsanforderungen realisieren, beispielsweise in der Industrieautomatisierung, Medizintechnik und im Bankengewerbe. ECC ist heute bereits bei großen Servern und Workstations gängiger Standard. Es ist ein Fehlerkorrekturverfahren für Speicher, bei dem redundante Informationen erzeugt werden, um Datenfehler erkennen und korrigieren zu können. Die Wahrscheinlichkeit von Datenfehlern in Speichern wächst mit der Größe des Speichers und mit dessen mittleren Auslastung. Wird der physische Speicher in vollem Umfang genutzt und läuft der Rechner im 24-Stunden-Betrieb, steigt das Risiko für einen Datenfehler enorm an.

Mittels ECC kann der Speichercontroller 1-Bit-Fehler erkennen und korrigieren sowie 2-Bit-Fehler erkennen. Alle Daten, die aus dem Speicher des Mini-Moduls gelesen werden, lassen sich hardwaremäßig überprüfen. Für ECC wird pro 8 Byte ein Byte benötigt. Um den zusätzlichen Speicherbedarf von 12,5 Prozent bereitzustellen, wird auf das MSC-Prozessormodul ein weiterer Speicherbaustein gelötet.

Neben dem ECC-Verfahren tragen die im Prozessor integrierte Intel-VTx-Virtualization-Technologie und eine Built-in-Security-Engine zum zuverlässigen Betrieb der Baugruppe bei. Zudem verfügen die Atom-Prozessoren E3800 mit »Intel Advanced Encryption Standard New Instructions« (AES-NI) über gute Voraussetzungen für eine sichere Datenverschlüsselung. Damit lassen sich die zu übertragenden und gespeicherten Daten in Echtzeit verschlüsseln, ohne die CPU merklich zu belasten.

Darüber hinaus wird das Mini-Modul optional mit einem Trusted Platform Module (TPM) bestückt, das der Spezifikation 1.2 der Standardisierungsorganisation Trusted Computing Group (TCG) entspricht. Das TPM unterstützt hohe Sicherheitsstandards zur Verschlüsselung gespeicherter und übertragener Daten und ermöglicht, dass das System vom Power-On über das Hochlaufen des Betriebssystems bis zum Laden der Applikationssoftware laufend auf Integrität überprüft und zuverlässig ins Netz eingebunden wird. Eine weitere Möglichkeit, um die Datensicherheit von Embedded-Modulen zu erhöhen, bietet der sichere Boot-Vorgang, der auf dem plattformunabhängigen Standard-Interface »Unified Extensible Firmware Interface« (UEFI) basiert.

Die COM-Express-Modulfamilie MSC C10M-BT wird in sieben Varianten des Atom-E3800 angeboten, mit einem, zwei oder vier CPU-Kernen mit einer erweiterten Mikroarchitektur für Out-of-Order-Execution. Die in den Single-Chip-Prozessoren integrierte Intel-Gen-7-Grafikeinheit verfügt über eine hoch auflösende 3D-Funktionalität und eine Hardware-Codierung und -Decodierung von HD-Videos verschiedener Standards wie H.264, MPEG2, MVC, VC-1, WMV9 und VP8. Zudem sind DirectX 1.1, OpenCL 1.1 und OpenGL 3.2 unterstützt.

Die bei einigen Varianten implementierte »Turbo Boost«-Technologie erlaubt es, einzelne Cores und die Grafik höher zu takten, was die Spitzenleistung deutlich steigert. Das ausgefeilte Power-Management stellt einen geringen Stromverbrauch bei vergleichsweise hoher Rechenleistung sicher und unterstützt zahlreiche Stromsparmodi und Intels Speedstep-Technologie.

Das leistungsfähigste Mini-Modul von MSC Technologies, das auch im erweiterten Temperaturbereich angeboten wird, nutzt Intels Atom-Prozessor E3845 (1,91 GHz, 2 MB L2 Cache, 10 W TDP) mit vier Kernen. Kompatibel dazu sind die Module mit den Dual-Core-Atom-Prozessoren E3827 (1,75 GHz, 8 W TDP), E3826 (1,45 GHz, 6 W TDP) und E3825 (1,33 GHz, 6 W TDP) und Single-Core-Prozessor E3815 (1,46 GHz, 5 W TDP). Die Computer-on-Module mit Quad-Core-Intel-Celeron N2930 bzw. J1900 mit 1,83/2,16 GHz bzw. 2,00/2,42 GHz bieten durch den implementierten Turbo-Boost-Modus zusätzliche Reserven bei der Rechenleistung.

Die kompakte COM-Express-Modulfamilie bietet eine Auswahl moderner Schnittstellen wie 1 x USB 3.0, bis zu 7 x USB 2.0, 3 x PCIe-x1 (Gen. 2.0), Gigabit-Ethernet, HD-Audio, LPC und zwei SATA-Kanäle. Die Grafikschnittstellen sind für den Anschluss von zwei unabhängigen Displays ausgelegt: ein Digital-Interface (DP 1.1a, DVI/ HDMI 1.4a) mit einer Auflösung von maximal 2560 x 1600 Pixeln und ein LCD-Interface per LVDS, das auch als embedded DisplayPort (eDP) 1.3 angeboten wird. Als Boot-Medium oder Datenspeicher unterstützt das Modul eine optional bestückbare eMMC-SSD mit bis zu 16 GByte Speicherkapazität. Zudem bietet MSC für die Mini-Module auch optimierte Kühllösungen wie Heatspreader und Heatsink an. Zur Design-Unterstützung gibt es Board Support Packages für verschiedene Microsoft-Windows- und Linux-Varianten.

Zur Evaluierung des Type-10-Moduls, zur schnellen Software-Entwicklung und zum Prototyping von Embedded-Systemen mit dieser Baugruppe hat MSC das Carrier Board »C10-MB-EV« entwickelt. Das vielseitige Baseboard im Mini-ITX-Format (170 x 170 mm) lässt sich auch für kleine und mittlere Produktserien einsetzen. Es bietet unter anderem Anschlüsse für USB 3.0 und 2.0, Gigabit-LAN und Audio. I/O-Erweiterungen sind über einen PCI-Express-Mini-Card-Sockel möglich. An Grafikschnittstellen stehen HDMI/DVI, DisplayPort (DP) und LVDS sowie optional embedded DisplayPort (eDP) zur Verfügung. Das Baseboard ist auch Teil der von MSC lieferbaren Starter-Kits, die zusätzlich eine Kühllösung beinhalten und somit schnell betriebsbereit sind.

MSC Technologies auf der embedded world 2015: Halle 2, Stand 240