Plus de puissance pour une faible puissance

Ce dont les applications IoT industrielles ont aujourd'hui besoin, c'est d'une combinaison de processeurs hautes performances et basse consommation. sans souci, un fonctionnement robuste en temps réel, une connectivité en temps réel et des technologies d'hyperviseur en temps réel. Dotés de la toute dernière génération de processeurs Intel Atom, Celeron et Pentium, les cartes et modules congatec offrent plus de puissance pour les applications basse consommation dans tous les aspects.

Les marchés cibles incluent l'automatisation et le contrôle - des contrôles de processus distribués dans les réseaux énergétiques intelligents et l'industrie des processus à la robotique intelligente, ou même les commandes PLC et CNC pour la fabrication discrète. D'autres marchés en temps réel se trouvent dans les technologies de test et de mesure et les applications de transport, telles que les systèmes de train et de voie ou les véhicules autonomes, qui bénéficient également des options de température étendues.

La nouvelle génération de processeurs à faible consommation convient également parfaitement aux applications à forte intensité graphique telles que les systèmes de point de vente, de kiosque et d'affichage numérique connectés à la périphérie, ou les terminaux de jeu et de loterie distribués, pour lesquels les nouvelles cartes et modules congatec offrent également une machine à distance améliorée. -communication vers la machine. Les nouveaux processeurs basse consommation Intel Atom, Celeron et Pentium (alias Elkhart Lake) vont donc rapidement conquérir le marché de l'embarqué et de l'edge computing et devenir le nouveau fleuron de l'informatique embarquée basse consommation fanless de 4.5 à 12 watts. Il y a plusieurs bonnes raisons à cela :

Une augmentation significative de processeur performant

Les nouveaux processeurs Intel Atom, Celeron et Pentium basse consommation offrent une amélioration significative des performances allant jusqu'à 50 % de performances multithread et même jusqu'à 70 % de performances monothread par rapport à leurs prédécesseurs basés sur la microarchitecture Apollo Lake. Pour de nombreuses applications industrielles, il est également important que la plage de température étendue de -40°C à +85°C soit prise en charge. Avec jusqu'à 4 cœurs et des fréquences d'horloge maximales jusqu'à 3 GHz en mode boost, les nouveaux processeurs apportent des améliorations de performances significatives à l'ensemble du marché de l'embarqué, y compris les applications mono et multi-thread.

Cependant, le fait que la technologie des processeurs Intel Atom soit désormais disponible en 10 nm est encore plus important pour les applications embarquées. Les utilisateurs embarqués des précédentes architectures Intel basse consommation avec les noms de code Apollo Lake (14nm), Braswell (14nm) ou Bay Trail (22nm) qui migrent vers les nouvelles variantes d'Elkhart Lake, peuvent donc bénéficier des avantages de la technologie SuperFin d'Intel. pour la première fois. Outre une densité d'emballage plus élevée, cela offre soit une consommation d'énergie inférieure à performances identiques, soit des performances supérieures à TDP égal. Les deux aspects sont essentiels dans les conceptions embarquées. Une comparaison des nouvelles conceptions, disponibles dans des variantes de 4.5 à 12 watts, montre que les utilisateurs de chaque classe TDP peuvent bénéficier d'augmentations de performances significatives. Et comme les modes d'économie d'énergie des processeurs sont certifiés Energy Star 3.0, les applications connectées consomment très peu d'énergie en mode veille sans avoir besoin d'une puce proxy réseau spéciale.

Le débit de données accru est pris en charge par plus de RAM, qui est extensible jusqu'à un maximum de 16 Go de mémoire LPDDR4 avec jusqu'à 4267 MT/s. Les applications en temps réel critiques bénéficient également d'implémentations ECC plus économiques, car le code de correction d'erreurs intrabande Intel (IBECC) permet l'utilisation d'une mémoire conventionnelle plus abordable au lieu de la RAM ECC dédiée. Les clients peuvent configurer le mode ECC et non-ECC dans le BIOS. Le fait qu'il soit possible d'appliquer IBECC uniquement à certaines zones mémoire est un avantage particulier car cela signifie que les développeurs n'ont pas à choisir entre tout ou rien. Par exemple, la zone mémoire réservée à une machine virtuelle critique peut être protégée des erreurs de données en appliquant IBECC, tandis que la mémoire principale restante fonctionne sans cette fonctionnalité en faveur de débits de données plus élevés. Mais même avec IBECC activé, les débits de données atteignables sont souvent plus de deux fois plus élevés qu'avec la mémoire DDR3L ECC sur les processeurs Intel Atom E3900.

La mémoire flash UFS 2.1 (Universal Flash Storage) embarquée est intéressante dans ce contexte. Par rapport à eMMC, cette nouvelle technologie de stockage a une bande passante beaucoup plus élevée, un transfert de données plus rapide et des capacités de stockage plus importantes. Tout cela est offert sur la même empreinte, et UFS peut même être utilisé comme lecteur de démarrage principal.

Des graphismes deux fois plus rapides pour des expériences immersives

Les nouvelles cartes et modules congatec offrent également des graphismes impressionnants avec une vitesse deux fois plus rapide jusqu'à 3x 4k @ 60fps et une profondeur de couleur de 10 bits. Cette augmentation massive des performances graphiques a été rendue possible grâce à l'intégration de l'unité graphique Intel Gen11, qui avait déjà été intégrée dans les processeurs Intel Core nettement plus puissants de la 10e génération (Ice Lake). Encore une fois, le GPU repose sur la puce du processeur et bénéficie des optimisations de performances et d'énergie de la technologie de fabrication 10 nm. Mais surtout, l'augmentation des performances provient du nombre d'unités d'exécution (UE) intégrées, jusqu'à 32. Les performances graphiques sont donc doublées simplement en raison de l'efficacité plus élevée et du nombre accru d'UE, puisque la faible consommation Les graphiques Gen9 d'Apollo Lake avaient un maximum de 18 UE. Les graphiques Gen11 répondent aux exigences de bande passante plus élevées qui en résultent avec une meilleure compression, un cache L3 plus grand et des taux de transfert de données maximum plus élevés. Il prend également en charge toutes les principales API d'accélération telles que DirectX 12, OpenGL 4.5, Vulkan 1.1, OpenCL 1.1 et Metal, ce qui le rend idéal pour les graphiques 3D et une large gamme d'applications GPGPU. Les applications lourdes en vidéo, telles que la signalisation numérique, les jeux, les clients de streaming et les systèmes de tête de réseau AV, bénéficient de l'encodage et du décodage accélérés par le matériel des derniers codecs, tels que le HEVC (H .265) et VP9, ​​ainsi que les prédécesseurs largement utilisés AVC (H.264) et AV1.

Débit de données plus élevé grâce à PCIe Gen3 et USB 3.1 Gen2

Pour de nombreux développeurs, un débit de données plus élevé vers les périphériques sera également un avantage clé des nouveaux processeurs Intel Core. Pour la première fois, PCIe Gen3 est disponible dans un processeur basse consommation, ce qui signifie que le débit de données a doublé pour atteindre un maximum de 32 Go/s (16 Go par canal aller et retour) par rapport au PCIe Gen2 pris en charge par Apollo Lake . Ceci est maintenant réalisé à 8 GHz au lieu de 5 GHz de fréquence d'horloge.

Une autre nouvelle fonctionnalité pour le x86 basse consommation est la prise en charge de l'USB 3.1 Gen2, qui offre une augmentation significative des performances par rapport à l'USB 3.1 Gen1. Avec jusqu'à 10 Go/s, cela permet des transferts de données deux fois plus rapides que l'USB 3.1 Gen1, ce qui permet de transférer pour la première fois des signaux vidéo UHD non compressés - par exemple, d'une caméra vers un moniteur - via USB.

Cependant, l'augmentation de la fréquence d'horloge des bus périphériques peut avoir un impact majeur sur la conception du système, car cela pose de nouveaux défis aux développeurs de cartes porteuses, en particulier en ce qui concerne la conformité du signal. Des fréquences d'horloge plus élevées rendent le routage beaucoup plus complexe et sujet aux erreurs. congatec propose donc à ses clients des services complets de conception de cartes porteuses et des tests de conformité. Cela évite aux clients d'avoir à faire appel à des laboratoires externes et, en cas de problème, a l'avantage supplémentaire de pouvoir parler directement aux experts qui ont déjà testé de manière approfondie de nombreuses autres combinaisons COM et porteuses, ce qui signifie qu'ils ont exactement l'expertise requise.

Temps réel dur – même via Ethernet standard

Les fonctions des nouvelles cartes et modules particulièrement appréciées dans les applications temps réel industrielles basées sur VxWorks et Linux temps réel sont TSN (Time Synchronized Networking), Intel® TCC (Time Coordinated Computing) et RTS (Real-Time Systems) prise en charge de l'hyperviseur.

TSN permet des applications Internet tactiles sur IP en temps réel dur. Les nouveaux modules et cartes basés sur le processeur Intel Atom de congatec offrent des MAC intégrés qui prennent en charge TSN sur 1 GbE. Ayant déjà pris en charge TSN depuis longtemps, congatec fournit également des plates-formes de développement qui combinent la mise en réseau TSN avec un contrôle en temps réel. Les clients qui souhaitent intégrer TSN dans leurs applications peuvent donc bénéficier directement des solutions prêtes à l'emploi déjà disponibles.

La technologie TCC orchestre la communication en temps réel basée sur IP Intel également vers les E/S pour réduire la latence et minimiser la gigue dans les processus synchrones. Il peut être ajusté via la boîte à outils logicielle Intel TCC. Cela peut être utile pour les applications en temps réel dans le secteur des transports où le bus CAN intégré au processeur doit être intégré.

Prise en charge complète de la virtualisation pour la consolidation matérielle

Naturellement, la virtualisation matérielle joue un rôle important dans les systèmes en temps réel connectés, car le multitâche en temps réel est une exigence clé pour les appareils IoT et de périphérie. Les processeurs Intel Atom prennent en charge la virtualisation avec la technologie Intel VT, qui est un complément intéressant aux technologies d'hyperviseur en temps réel telles que celles proposées par congatec avec l'hyperviseur RTS. La technologie Intel VT prend en charge la virtualisation d'E/S racine unique (SR-IOV), par exemple. Cela permet à plusieurs applications hébergées dans des machines virtuelles avec des systèmes d'exploitation à usage général (GPOS) d'accéder de manière native à une interface d'E/S, par exemple l'une des interfaces Ethernet. C'est une fonctionnalité plutôt intéressante, d'autant plus que ces interfaces sont souvent rares.

L'hyperviseur RTS de la filiale de congatec Real-Time Systems se combine de manière transparente avec les capacités de virtualisation intégrées au matériel des processeurs Elkhart Lake pour exécuter des applications en temps réel critiques - en parallèle à d'autres systèmes d'exploitation polyvalents tels que Linux et Windows, sans provoquer de latence. Ainsi, la virtualisation permet principalement de consolider de nombreuses tâches sur un seul système. Et le nombre de tâches se multiplie rapidement dans les systèmes de contrôle industriel de nouvelle génération, qui de nos jours, en plus du contrôle de site, doivent souvent également interagir les uns avec les autres en temps réel. En outre, l'échange de données basé sur l'IIoT est nécessaire pour surveiller les machines distribuées, optimiser les performances des actifs et introduire de nouveaux modèles commerciaux avec une maintenance prédictive et des offres en tant que service. De nombreuses applications nécessitent également l'intégration d'une intelligence artificielle basée sur la vision. L'hyperviseur RTS est pris en charge par toutes les nouvelles cartes et modules congatec avec les nouveaux processeurs Intel Atom, Celeron et Pentium. Il s'agit d'une fonctionnalité qui n'est disponible chez congatec que sous cette forme.

Intelligence artificielle et vision artificielle

L'intelligence artificielle est aujourd'hui largement utilisée pour l'analyse à la périphérie. Les nouveaux processeurs Intel prennent en charge un vaste portefeuille de produits d'IA et d'optimisations pour les cadres communs. La prise en charge d'OpenVino et de Microsoft ML est particulièrement remarquable. Microsoft ML est une bibliothèque logicielle gratuite d'apprentissage automatique pour les langages de programmation C# et F#. Il prend également en charge les modèles Python lorsqu'il est utilisé avec NimbusML. La boîte à outils OpenVINO™ comprend la boîte à outils de déploiement Intel® Deep Learning, des routines optimisées d'encodage et de décodage OpenCV et multimédia, ainsi que 20 modèles et exemples de code pré-entraînés. Un moyen efficace de démarrer avec la vision par ordinateur et OpenVINO est le kit de consolidation de la charge de travail de congatec pour les applications de connaissance de la situation basées sur la vision. Il est prêt pour les applications et permet une connaissance du contexte pour les robots, les véhicules autonomes et la vidéosurveillance, le comptage des passagers et des piétons ou les systèmes de caisse automatique sur le marché de la vente au détail.

Kit de consolidation de charge de travail pour la vision industrielle

Le kit de consolidation de la charge de travail pour les applications de connaissance de la situation basées sur la vision de congatec, qui est qualifié par Intel en tant que kit prêt pour la production Intel® IoT RFP Ready, démontre les avantages d'efficacité de la virtualisation. Il propose trois machines virtuelles (VM) pour la consolidation de la charge de travail des applications de vision basées sur la technologie d'hyperviseur de Real-Time Systems (RTS). Une machine virtuelle exécute une application d'IA basée sur la vision à l'aide du logiciel Intel® OpenVino™ pour une connaissance de la situation. La deuxième VM est capable de fonctionner en temps réel et exploite un logiciel de contrôle déterministe, tandis que la troisième VM fait office de passerelle IIoT/Industrie 4.0. Le kit congatec, qui a été développé en coopération avec Intel et RTS et peut également être mis à disposition avec la nouvelle génération de processeurs Intel Atom, cible la prochaine génération de robotique collaborative basée sur la vision, de commandes de machines et de véhicules autonomes qui doivent effectuer plusieurs tâches dans parallèle, y compris la connaissance de la situation basée sur des algorithmes d'IA basés sur l'apprentissage en profondeur.

Améliorations significatives de la sécurité

Tous les appareils périphériques IIoT doivent intégrer des fonctionnalités de sécurité. Les OEM peuvent utiliser des technologies de virtualisation telles que l'hyperviseur en temps réel de RTS pour les intégrer. Cependant, idéalement, la fondation est déjà ancrée directement dans le matériel. La nouvelle génération de processeurs basse consommation a également beaucoup à offrir à cet égard. Par exemple, les nouvelles cartes et modules basés sur les processeurs Intel Atom, Celeron et Pentium de congatec offrent des options innovantes pour une gestion hors bande plus complète ainsi qu'une gamme complète de fonctionnalités de sécurité intégrées telles que le démarrage vérifié via Intel® Boot Guard 2.1, TPM prise en charge, y compris Intel® Platform Trust Technology (Intel® PTT) et Intel® Dynamic Application Loader (Intel® DAL) pour permettre le développement d'applications cohérentes et véritablement fiables. Et en ce qui concerne le cryptage et le décryptage des données, les nouvelles cartes et modules offrent également plus. Les nouvelles instructions Intel® Advanced Encryption Standard (AES-NI) et les extensions SHA pour les algorithmes de hachage sécurisés à accélération matérielle sont désormais encore plus puissantes. Une toute nouvelle fonctionnalité est la prise en charge par le processeur des chiffrements SMx, un ensemble d'algorithmes standard qui sont particulièrement utilisés en Chine. Enfin, la protection contre la copie HDCP 2.3, nécessaire à la lecture des derniers médias HD, est désormais également disponible.

Fonctionnement continu 24h/7 et XNUMXj/XNUMX et assistance à long terme

Les nouvelles cartes et modules basés sur les processeurs Intel Atom, Celeron et Pentium de congatec sont conçus pour une fiabilité élevée et une longue durée de vie. Pour les processeurs qui doivent être utilisés dans des environnements industriels difficiles, Intel offre 10 ans de fonctionnement continu 24h/7 et 100j/0 (40 % en état de veille S85) et des plages de température étendues de -100°C à +110°C ou TJ maximum de 15°C à 10°C. Intel prévoit d'offrir une garantie de disponibilité du processeur de XNUMX ans, ce qui permettrait à congatec de garantir la même disponibilité pour des produits aux fonctions identiques, ce qui est particulièrement important pour le secteur médical et des transports, par exemple. Actuellement, la disponibilité standard des cartes congatec est de XNUMX ans. Pour les OEM ayant des exigences de disponibilité plus élevées, des programmes spéciaux avec une disponibilité plus longue peuvent être organisés.

Dix nouvelles configurations

Les nouvelles cartes et modules sont disponibles dans les facteurs de forme Pico-ITX SBC, SMARC, Qseven, COM Express Compact et Mini dans les configurations de processeur suivantes :