Continuez : hautes performances dans un format mini

Auteur: Christian Eder, directeur du marketing produit chez Congatec

Au monde de l'embarqué, congatec présentera les premiers modules basés sur la spécification préliminaire COM-HPC Mini. Et puisque les modules seuls ne suffisent pas à donner aux OEM l'agilité nécessaire pour optimiser et étendre leur portefeuille de solutions, congatec propose également un écosystème COM-HPC complet, aidant ainsi les développeurs de systèmes ultra-compacts et performants à libérer le nœud gordien de la façon dont pour intégrer des performances élevées dans une taille mini.

La transformation numérique rapproche plus que jamais la technologie, les machines et les personnes. Les robots collaboratifs, les véhicules autonomes, les dispositifs médicaux alimentés par l'IA et les communications 5G plus rapides ne sont que quelques exemples. Pour garder une longueur d'avance sur ces marchés en pleine croissance, les équipementiers doivent constamment revoir et optimiser leurs offres de solutions. Un saut de performance vers COM-HPC est essentiel pour de nombreuses nouvelles applications compte tenu des exigences techniques en augmentation rapide : l'analyse vidéo basée sur l'IA pour la connaissance de la situation nécessite des bandes passantes extrêmement élevées avec des résolutions de caméra de plus en plus élevées. Le contrôle vocal doit être exempt de latence, ce qui oblige également l'IA à traiter des flux de données de résolution toujours plus élevée. Les graphismes en combinaison avec la réalité augmentée deviennent également de plus en plus exigeants. Le traitement parallèle des données en temps réel dans les processus collaboratifs de l'industrie 4.0 nécessite également des latences minimales avec un débit de données en constante augmentation. Enfin et surtout, la cybersécurité exige également plus de puissance de calcul. Et en plus de tout cela, les développeurs de systèmes souhaitent optimiser considérablement la connectivité de leurs plates-formes en profitant des dernières technologies, telles que Thunderbolt 4.

La norme COM-HPC a été développée précisément pour répondre à ces exigences de plus en plus exigeantes. Désormais, le spectre des applications est encore élargi car la disponibilité des modules COM-HPC Mini alimentés par des processeurs Intel Core de 13e génération (nom de référence Raptor Lake) donnera aux développeurs l'accès à un écosystème complet pour leurs conceptions informatiques modulaires. terminaux et périphériques embarqués. Cet écosystème s'étend des serveurs sur modules (SOM) haut de gamme aux clients sur modules extrêmement compacts qui sont à peine plus gros qu'une carte de crédit. Avec COM-HPC Mini, même les solutions COM Express Compact et COM Express Mini les plus compactes pourront bénéficier de performances haut de gamme accrues et profiter de bien plus de nouvelles interfaces haut débit. De cette manière, des familles de produits entières peuvent migrer vers la nouvelle norme PICMG sans qu'il soit nécessaire de modifier de manière significative la conception ou le boîtier du système interne, malgré les dimensions accrues du module et de la carte mère.

Faciliter le travail de conception de COM Express Compact à COM-HPC

Cela n'était pas possible avec la spécification COM-HPC taille A. Avec des dimensions de 95 x 120 mm (11.400 2 mm32), le plus petit format COM-HPC à ce jour est presque 95 % plus grand que le COM Express Compact, qui mesure 95 x 9.025 mm (25 95 mm²). Du point de vue de l'encombrement, c'est 60 mm trop large pour migrer les conceptions COM Express existantes vers COM-HPC. COM Express Compact étant le facteur de forme COM Express le plus largement utilisé et actuellement uniquement le haut de gamme utilisant encore le plus grand facteur de forme COM Express Basic, de nombreux développeurs ont été confrontés à des défis considérables, ne serait-ce qu'en termes de conception du système. Mais maintenant plus petit est possible. C'est pourquoi le COM-HPC Mini avec ses XNUMXxXNUMXmm est un véritable libérateur qui ouvre de toutes nouvelles perspectives, notamment pour les nombreuses conceptions de systèmes ultra-compacts.

Il est vrai que le COM-HPC Mini n'a que 400 broches, soit 40 broches de moins que le COM Express Type 6 (440). Cependant, les développeurs bénéficient de gains de bande passante importants et d'une plus grande diversité d'interfaces grâce à des normes plus récentes et plus puissantes. Cela relativise également la réduction nominale du nombre de voies PCIe de 24 avec COM Express Type 6 à 16 voies avec COM-HPC Mini. Cependant, la plupart des conceptions de systèmes ultra-compacts ont rarement épuisé cet ensemble d'interfaces. Avec PCIe jusqu'à Gen 5 et probablement aussi PCIe Gen 6, 4x USB 4.0, 2x 10 Gbit/s Ethernet, qui peuvent être étendus à 4 ports via 2x voies SERDES, et jusqu'à 4 interfaces d'affichage, la spécification COM-HPC Mini a les interfaces les plus modernes aujourd'hui. En plus d'interfaces périphériques modernes supplémentaires, telles que 2x MIPI-CSI pour les caméras, des classiques industriels tels que le bus CAN et 2x UART sont également fournis. Une nouvelle fonctionnalité qui a été ajoutée est la prise en charge de la sécurité fonctionnelle. Cela permettra aux futures applications ultra-compactes qui doivent consolider les tâches en temps réel critiques pour la sécurité avec d'autres tâches sur un seul système. Des exemples de ce type d'applications sont les robots et les véhicules mobiles autonomes.

Le neuf fonctionne mieux à long terme

De nombreux développeurs de nouvelles applications hautes performances apprécieront également la sécurité de conception supplémentaire, car le connecteur COM-HPC est spécifié pour des taux de transfert de données nettement plus élevés que COM Express. Il est vrai que la spécification COM Express 3.1, qui a été publiée fin 2022 et prend en charge PCIe 4.0 jusqu'à 16 Gbit/s, offre également un chemin de mise à niveau. Cependant, la fin est déjà en vue pour de nouvelles augmentations de performances. Le lancement récent des processeurs Intel Core de 13e génération a démontré que l'écart commence à se creuser, car COM-HPC offre simplement plus. Certaines variantes prennent déjà en charge PCIe 5.0, ce qui vous permet finalement de doubler votre débit de données. Mais les développeurs n'ont pas à s'inquiéter s'ils peuvent vivre avec les bandes passantes offertes par COM Express : la norme de module COM la plus populaire sera encore là pendant de nombreuses années à venir. Il continue d'être pris en charge par les fournisseurs de systèmes embarqués et reçoit des mises à jour minutieuses lorsque cela est techniquement possible. Ceci est particulièrement utile pour les conceptions sensibles aux coûts et/ou à faible consommation d'énergie où COM-HPC est surspécifié. Cependant, ceux qui souhaitent profiter des dernières technologies, telles que la connectivité Thunderbolt 4, peuvent désormais mettre à niveau les conceptions compactes existantes. Les ports Thunderbolt 4 implémentent l'alimentation, le transfert de données bidirectionnel jusqu'à USB 3.2 Gen 2, ainsi que des écrans vidéo 4k et Ethernet 10 Go sur un seul câble USB-C dans des configurations maximales. Tout cela nécessite une bande passante allant jusqu'à 40 Gbit/s, ce qui n'est tout simplement pas réalisable avec le connecteur COM Express, même dans la spécification 3.1.

Prêt pour le décollage avec les processeurs Intel Core de 13e génération

De nombreux facteurs plaident en faveur de la nouvelle norme COM-HPC. La sortie des processeurs Intel Core de 13e génération agit comme un accélérateur qui accélérera l'introduction de ces nouvelles plates-formes système. congatec s'attend à une augmentation rapide et massive de la production en série de conceptions OEM basées sur ces nouveaux modules, car les nouveaux processeurs avec une disponibilité à long terme garantie offrent d'énormes améliorations dans de nombreuses fonctionnalités, tout en étant entièrement compatibles matériellement avec leurs prédécesseurs, ce qui rend la mise en œuvre très rapide et facile. Les modules basés sur la nouvelle norme COM HPC ouvrent de nouveaux horizons aux développeurs en termes de débit de données, de bande passante d'E/S et de densité de performances grâce à Thunderbolt et à une compatibilité PCIe supérieure jusqu'à la génération 5. D'autre part, le nouveau COM Express 3.1 Les modules compatibles sécurisent principalement les investissements dans les conceptions OEM existantes avec des options de mise à niveau pour un débit de données plus élevé avec la prise en charge PCIe Gen 4.

Figure 3. La migration de COM Express vers COM-HPC apporte de nombreux avantages d'interface.

Par rapport aux processeurs Intel Core de 12e génération, les nouveaux modules COM-HPC et COM Express avec processeurs Intel Core de 13e génération soudés offrent plusieurs avantages : Ils permettent des conceptions robustes pour des plages de températures industrielles de -40°C à + 85°C utilisent le l'architecture, qui est une première dans l'industrie. De plus, ils offrent jusqu'à 8 % de meilleures performances monothread et jusqu'à 5 % de meilleures performances multithread. Grâce à l'amélioration du procédé de fabrication, cette augmentation des performances s'accompagne d'une plus grande efficacité énergétique. D'autres premières dans cette classe de performances (puissance de base de 15 à 45 W) sont la prise en charge de la mémoire DDR5 et de la connectivité PCIe Gen 5 sur certaines versions de processeur. Les deux contribuent à améliorer encore les performances du multithreading et à augmenter le débit de données. Avec jusqu'à 96 unités d'exécution (EU) et des capacités d'encodage et de décodage ultra-rapides, l'architecture graphique intégrée Intel Iris Xe est idéale pour les exigences graphiques élevées, par exemple, dans les applications impliquant le streaming vidéo et/ou la connaissance de la situation sur le Web. . Toutes ces fonctionnalités entraînent des améliorations significatives dans un large éventail d'applications informatiques embarquées et de pointe, qui mettent de plus en plus en œuvre des capacités d'IA et d'apprentissage automatique, ainsi que la consolidation de la charge de travail.

COM-HPC Mini est extrêmement robuste

Imaginez maintenant que ces nouveaux processeurs Intel, ainsi que des fonctionnalités robustes telles que la RAM soudée et la prise en charge d'une plage de température étendue, seront implémentés dans les modules COM-HPC Mini. Dans ce cas, il est clair que ces nouveaux modules trouveront une utilisation universelle dans des solutions système hautes performances auxquelles COM Express ne peut répondre. Il n'y a qu'une seule question : Quelle est la complexité de la migration des systèmes de COM Express vers COM-HPC ? En termes simples, seule la carte mère doit être modifiée, même si les dimensions et la disposition de l'interface peuvent rester inchangées. Certes le routage et les composants doivent être adaptés pour accueillir les nouvelles fonctionnalités, et il n'est pas possible de simplement remplacer le module. Cependant, lorsqu'il s'agit de matériel, il s'agit "juste" d'adapter les pratiques de conception existantes aux nouvelles exigences d'interfaces plus rapides. La signalisation à haut débit est un défi particulier dans ce contexte.

Services et formations supplémentaires pour simplifier la conception

C'est là que des fabricants comme congatec viennent en aide à leurs clients avec une académie de formation qui enseigne aux développeurs de cartes mères les meilleures pratiques de conception. Le programme de formation vise à fournir aux architectes système une introduction rapide et efficace aux règles de conception de la nouvelle norme PICMG. Le cours guide les développeurs à travers tous les principes fondamentaux de conception de modules COM requis et recommandés et les schémas des meilleures pratiques afin qu'ils puissent démarrer leurs propres projets de conception de carte mère. Le transfert de connaissances se concentre sur la conception de cartes mères conformes aux normes, ce qui est essentiel pour créer des plates-formes informatiques embarquées personnalisées interopérables, évolutives et durables. L'académie congatec travaille à l'échelle mondiale, offrant des cours en ligne et en face à face aux développeurs OEM, aux revendeurs à valeur ajoutée et aux intégrateurs de systèmes.

Bien que les guides de conception officiels soient une excellente ressource, ils ne sont finalement rien de plus qu'une spécification des exigences. Les développeurs doivent également apprendre comment mettre au mieux ces fondamentaux en pratique. Le programme de formation de congatec a été conçu dans le but d'accélérer le transfert de connaissances nécessaires pour initier de tels projets de développement dans le monde réel.

À partir d'avril 2023, le nouveau programme de formation à la conception de cartes mères de congatec donnera aux ingénieurs une introduction au monde des systèmes embarqués et de pointe haut de gamme, des principes de conception des PCB aux règles de gestion de l'alimentation, aux exigences d'intégrité du signal et à la sélection des composants.

Les clients qui souhaitent utiliser COM-HPC mais qui n'ont pas les ressources pour intégrer eux-mêmes les modules peuvent compter sur les services de conception de congatec. Des conceptions de cartes mères, des solutions de refroidissement optimisées et des services d'intégration système étendus sont également proposés. Avec cette gamme complète de produits et de services, congatec poursuit sa mission de « rendre la technologie embarquée plus simple à utiliser ».

Et avec cette offre complète, des modules, des solutions de refroidissement et des cartes de base et d'évaluation prêtes à l'emploi, à la formation à la conception et aux services de conception complets, congatec crée un écosystème COM-HPC complet où de nouvelles conceptions et processus de conception pour la migration de COM Express à COM-HPC Mini ne sont plus un grand défi.