La mayoría de los módulos COM estándar utilizan conectores SO-DIMM para integrar la memoria principal. Dado que la memoria principal suele personalizarse para la aplicación específica, este enfoque modular funciona bien para los fabricantes de módulos y sus clientes OEM. Sin embargo, la resistencia de estos conectores a los golpes y las vibraciones es limitada. Aunque el tamaño de palanca y la masa no son tan grandes, incluso vibraciones comparativamente pequeñas pueden perjudicar la fiabilidad funcional de la RAM cuando se utilizan módulos de memoria estándar. Por ello, las aplicaciones expuestas a grandes golpes y vibraciones requieren diseños más robustos.
En el sector de la carga ferroviaria, por ejemplo, son habituales las vibraciones de alrededor de 0,002 g²/Hz a frecuencias de 0 a 350 Hz. Los niveles de vibración experimentados en los aviones a reacción son significativamente más altos, con 0,01 g²/Hz y frecuencias de hasta 2000 Hz. En los sistemas instalados en camiones, los niveles llegan incluso a 0,02 g²/Hz. Y los motores de las turbinas, como los utilizados en los aerogeneradores, plantean exigencias aún mayores, ya que someten a los componentes a una tensión de hasta 0,03 g²/Hz.
Los desarrolladores de estos y otros muchos sistemas móviles y fijos expuestos a golpes y vibraciones -desde estaciones base 5G hasta trenes y drones- buscan por tanto mejores soluciones para conectar la memoria principal. Esto ha producido algunas invenciones aventureras en el pasado, que implican el uso de pegamento, cinta o correas para proporcionar una retención adicional para que el conector SO-DIMM permanezca funcionalmente seguro y, en el caso extremo, no se salga de su zócalo. Sin embargo, ninguna de estas soluciones se ocupa de los problemas que afectan al propio zócalo, como ha señalado la comunidad de embebidos. La preocupación aquí es que el movimiento del módulo de memoria dentro del zócalo -normalmente uno de los zócalos comparativamente baratos que se utilizan en los ordenadores portátiles- puede causar una conexión intermitente de los pines, lo que a su vez puede hacer que un sistema se bloquee.
La improvisación es mala consejera
Existen soluciones mecánicas para fijar los módulos de memoria en los zócalos. Por ejemplo, los fabricantes de memorias han añadido agujeros para tornillos en el extremo de sus módulos SO-DIMM para fijar los módulos de RAM de forma segura, de modo que los golpes y las vibraciones dejen de ser un problema. Y estas construcciones son, de hecho, bastante robustas, como han demostrado los fabricantes de estos módulos SO-DIMM en las pruebas: Montadas en una placa anti vibratoria, estas construcciones sobreviven a 30 minutos de exposición a vibraciones aleatorias de 50 Hz a 5000 Hz y 6 grms que aumentan en incrementos de 2 grms hasta 20 grms sin ningún signo de problema.
Lo mismo ocurre con choques de 20 grms -20 veces la fuerza de energía potencial gravitatoria de la Tierra- durante 1 ms a lo largo de cada uno de los tres ejes, además de vibraciones de 0,04 grms/Hz entre 20 Hz y 2000 Hz. Esto demuestra que este tipo de soluciones pueden cumplir requisitos muy exigentes; y eso es bueno, porque de lo contrario podría dudarse de que los propios módulos COM sobrevivan a esas pruebas. Por tanto, es importante contar con los accesorios adecuados.
¿Son los estándares una solución?
Todo esto está muy bien, y desde 2010 existe incluso un estándar de tarjeta de memoria mezzanine – RS-DIMM – que cumple con todos los requisitos de resistencia de las especificaciones ANSI/VITA 47. Pero por muy buenas que sean las ideas: Esta tecnología no tiene muchos adeptos, por lo que apenas se ven módulos mezzanine en uso. Tampoco se fabrican en serie módulos SO-DIMM robustos con orificios de montaje, lo que los hace más caros que los estándares. Además, también son más complejos desde el punto de vista mecánico y, por tanto, más caros de montar, ya que los tornillos suelen tener que fijarse a mano.
Por último, también requieren agujeros de montaje adicionales en las placas, lo que aumenta aún más los costes de producción. Por eso, la mejor solución es evitar todos estos complementos y soldar la memoria directamente en el módulo. Esto reduce la lista de materiales de los componentes, hace que la producción sea más rentable y, sobre todo, garantiza la robustez. Tampoco es necesario realizar pruebas de choque y vibración de la memoria principal para la calificación del sistema.
Además, la memoria soldada tiene otra ventaja: La refrigeración es más fácil que con los conectores de memoria convencionales. En primer lugar, porque la placa de circuito impreso en la que está soldada tiene una mejor disipación del calor y, en segundo lugar, porque los disipadores de calor de los robustos módulos COM están especialmente diseñados para los respectivos requisitos de robustez y pueden estar equipados con una conexión conductora del calor para refrigerar los puntos calientes, como la memoria principal.
¡Soldar es simplemente mejor!
La tecnología que hay detrás de estas soluciones no es precisamente sorprendente. Después de todo, se puede soldar todo en una placa de circuito. Sin embargo, las cosas se vuelven más emocionantes cuando se observa todo el esfuerzo de los fabricantes de equipos originales para crear una solución verdaderamente robusta.
En este caso, es especialmente importante contar con un concepto modular para las series individuales, incluso cuando las cantidades no son muy elevadas. Los módulos COM, en los que el procesador y la memoria encajan perfectamente y que están disponibles en varias clases de rendimiento, son la solución ideal en estos casos. Se presentan como componentes listos para la aplicación, con soluciones de refrigeración especialmente adaptadas y todo lo que necesitan los diseñadores de sistemas personalizados. Además, están disponibles en la misma configuración durante muchos años, lo que facilita la gestión del ciclo de vida a los OEM.
Módulos COM Express Type 6 robustos
congatec ha presentado recientemente nuevas soluciones de módulos COM basadas en los últimos procesadores Intel Core de 11ª generación. Estos módulos COM Express Type 6 cumplen con las especificaciones ETSI EN 300 019-1-7 e IEC 60721-3-7 para equipos de telecomunicaciones portátiles y no estacionarios y han sido probados para entornos comerciales 7K3, 7M2 e industriales 7K4, 7M2. Esta clase también se aplica a los lugares no protegidos por la intemperie en climas exteriores moderados y a las transiciones entre estas condiciones.
Por ejemplo, cuando los equipos pueden estar expuestos a la luz solar directa, al calor radiante, al movimiento del aire ambiente, a la condensación, a la precipitación y al agua procedente de fuentes distintas de la lluvia y el hielo, o cuando los equipos son propensos a los ataques de moho o de animales distintos de las termitas. También es posible su uso en zonas urbanas con niveles comunes de contaminantes y con actividades industriales dispersas por la zona y/o con mucho tráfico. También se permite su uso cerca de emisores de arena o polvo.
condiciones ambientales adversas.
Cumple todos los estándares pertinentes
En términos de golpes y vibraciones, estos módulos son adecuados para su uso en aplicaciones de transporte y movilidad exigentes hasta vehículos todoterreno y ferroviarios. Además, pueden soportar un funcionamiento continuo a temperaturas extremas (desde -40°C a +85°C), una elevada humedad y un gran esfuerzo mecánico debido a los golpes y las vibraciones, y cumplen todos los requisitos de protección contra incendios. Para aplicaciones más sensibles al precio, congatec también ofrece una versión más económica con procesador Intel Celeron que está diseñada para el rango de temperatura ampliado desde 0°C a 60°C.
Los clientes típicos de la nueva gama de módulos COM basados en la microarquitectura Tiger Lake son los fabricantes de trenes, vehículos comerciales, equipos de construcción, vehículos agrícolas, robots autónomos y muchas otras aplicaciones móviles en entornos exigentes al aire libre y fuera de la carretera. Los dispositivos estacionarios resistentes a golpes y vibraciones son otra importante área de aplicación, ya que la digitalización requiere la protección de infraestructuras críticas (CIP) contra terremotos y otros eventos de misión crítica. Todas estas aplicaciones pueden beneficiarse ahora de la memoria RAM superrápida LPDDR4X con hasta 4266 MT/sg, que congatec ofrece en versiones escalonadas con 32, 16, 8 y 4 GB como variantes estándar.
Dependiendo de los requisitos, los módulos de mayor rendimiento también pueden equiparse con una memoria más pequeña o con variantes de menor rendimiento basadas en el Intel Core i3-1115G4E con más de 8 GB de RAM. A partir de lotes de 100, también pueden estar disponibles variantes con módulos de RAM de menor coste y tasas de transferencia algo más lentas. El código de corrección de errores en banda (IBECC) para la tolerancia a un solo fallo y la alta calidad de transmisión de datos en entornos críticos de EMI corroboran la robustez de los módulos.
Amplio soporte de desarrollo para sistemas ultra-robustos
El paquete de valor también incluye opciones de montaje robusto para el conjunto COM y carrier, opciones de refrigeración activa y pasiva, revestimiento conformado opcional para la protección contra la corrosión por humedad o condensación, así como protección contra el azufre, una lista de disposiciones recomendadas para la placa portadora y, para una máxima fiabilidad, componentes resistentes a los golpes y las vibraciones para el rango de temperatura ampliado. Este impresionante conjunto de características técnicas se complementa con una completa oferta de servicios que incluye pruebas de choque y vibración para diseños de sistemas personalizados, pruebas de temperatura y de conformidad de señales de alta velocidad, así como servicios de diseño y toda la formación necesaria para simplificar el uso de las tecnologías de sistemas embebidos de congatec.
Las ventajas al detalle
Basados en los nuevos SoCs Intel Core de baja potencia y alta densidad de la 11ª generación, los nuevos módulos ofrecen un rendimiento de la CPU significativamente mayor, un rendimiento de la GPU casi 3 veces mayor y un soporte PCIe Gen4 de última generación en comparación con los modelos anteriores. Las cargas de trabajo de procesamiento de datos y gráficos más exigentes se benefician de hasta 4 núcleos, 8 hilos conductores y hasta 96 unidades de ejecución de gráficos para un rendimiento de procesamiento paralelo masivo en diseños ultrarresistentes.
Los gráficos integrados no solo admiten pantallas de 8k o 4x4k; también pueden utilizarse como unidad de procesamiento paralelo para redes neuronales convolucionales (CNN) o como acelerador de IA y aprendizaje profundo (deep learning). La unidad de instrucciones Intel AVX-512, integrada en la CPU y compatible con las instrucciones de redes neuronales vectoriales (VNNI), es otro elemento funcional de las plataformas para acelerar las aplicaciones de IA.
El kit de herramientas de software Intel OpenVINO, que incluye llamadas optimizadas a OpenCV, al kernel OpenCL y a otras herramientas y librerías del sector, permite ampliar la carga de trabajo en las unidades de cálculo de la CPU, la GPU y la FPGA para acelerar las cargas de trabajo de la IA, incluidos los sistemas de visión por ordenador, audio y reconocimiento de voz.
El TDP es escalable de 12 a 28 vatios y permite el diseño de sistemas completamente cerrados con refrigeración puramente pasiva. El impresionante rendimiento del módulo ultrarresistente conga-TC570r COM Express Type 6 está disponible en un diseño capaz de trabajar en tiempo real y soporta Time Sensitive Networking (TSN), Time Coordinated Computing (TCC) y el hipervisor RTS de Real-Time Systems para el despliegue de máquinas virtuales y la consolidación de cargas de trabajo en escenarios de edge computing.
Los módulos COM Express Compact Type 6 ultrarresistentes con procesadores Intel Core de 11ª generación (nombre en clave Tiger Lake) con SDRAM de doble canal LPDDR4X 4266MT/s soldada están disponibles en las siguientes configuraciones estándar. Las personalizaciones están disponibles bajo petición.
Puede encontrar más información sobre el nuevo módulo compacto COM Express conga-TC570r en: https://www.congatec.com/en/products/com-express-type-6/conga-tc570r/.
Puede encontrar información sobre otras soluciones Intel Tiger Lake de congatec en: https://www.congatec.com/en/technologies/intel-tiger-lake-modules/.
| Procesador | Núcleos/ Hilos | Frecuencia a 28/15/12W TDP, (Max Turbo) [GHz] |
Cache [MB] | Gráficos [Unidades de ejecución] | |||||
| Intel Core i7-1185GRE | 4/8 | 2.8/1.8/1.2 (4.4) | 12 | 96 EU | |||||
| Intel Core i5-1145GRE | 4/8 | 2.6/1.5/1.1 (4.1) | 8 | 80 EU | |||||
| Intel Core i3-1115GRE | 2/4 | 3.0/2.2/1.7 (3.9) | 6 | 48 EU | |||||
| Intel Celeron 6305E | 2/2 | 1.8 | 4 | 48 EU |
Autor: Zeljko Loncaric, Marketing Engineer, congatec
