Meer vermogen voor laag vermogen

Wat industriële IoT-toepassingen vandaag de dag nodig hebben, is een combinatie van krachtige, energiezuinige processors technologie, robuuste realtime werking, realtime connectiviteit en realtime hypervisortechnologieën. Met de allernieuwste Intel Atom-, Celeron- en Pentium-processorgeneratie bieden congatec-borden en -modules in elk aspect meer kracht voor toepassingen met laag energieverbruik.

Doelmarkten zijn onder meer automatisering en besturing - van gedistribueerde procesbesturingen in slimme energienetwerken en de procesindustrie tot slimme robotica, of zelfs PLC- en CNC-besturingen voor discrete productie. Andere realtime markten zijn te vinden in test- en meettechnologie en transporttoepassingen, zoals trein- en baansystemen of autonome voertuigen, die allemaal ook profiteren van de uitgebreide temperatuuropties.

De nieuwe generatie low-power processors is ook perfect geschikt voor grafisch-intensieve toepassingen zoals edge-connected POS-, kiosk- en digital signage-systemen, of gedistribueerde gaming- en loterijterminals, waarvoor de nieuwe congatec-kaarten en -modules ook verbeterde externe machine bieden - naar machine communicatie. De nieuwe low-power Intel Atom-, Celeron- en Pentium-processors (ook bekend als Elkhart Lake) zullen daarom snel de embedded en edge computing-markt veroveren en het nieuwe vlaggenschip worden van fanless low-power embedded computing van 4.5 tot 12 watt. Daar zijn veel goede redenen voor:

Een aanzienlijke toename van processor prestatie

De nieuwe low-power Intel Atom-, Celeron- en Pentium-processors bieden een aanzienlijke prestatieverbetering van tot 50% multi-thread en zelfs tot 70% single-thread-prestaties ten opzichte van hun voorgangers op basis van de Apollo Lake-microarchitectuur. Voor veel industriële toepassingen is het ook belangrijk dat het uitgebreide temperatuurbereik van -40°C tot +85°C wordt ondersteund. Met maximaal 4 cores en maximale kloksnelheden tot 3 GHz in boost-modus, brengen de nieuwe processors aanzienlijke prestatieverbeteringen voor de gehele embedded markt, inclusief single- en multi-threaded applicaties.

Het feit dat Intel Atom-processortechnologie nu beschikbaar is in 10nm, is echter van nog groter belang voor embedded toepassingen. Embedded gebruikers van de vorige low-power Intel-architecturen met de codenamen Apollo Lake (14nm), Braswell (14nm) of Bay Trail (22nm) die migreren naar de nieuwe Elkhart Lake-varianten, kunnen daarom profiteren van de voordelen van Intel's SuperFin-technologie Voor de eerste keer. Naast een hogere pakkingsdichtheid, biedt dit ofwel een lager stroomverbruik bij dezelfde prestaties of hogere prestaties bij gelijk TDP. Beide aspecten staan ​​centraal in embedded designs. Een vergelijking van de nieuwe ontwerpen, die verkrijgbaar zijn in varianten van 4.5 tot 12 watt, laat zien dat gebruikers van elke TDP-klasse kunnen profiteren van aanzienlijke prestatieverbeteringen. En aangezien de energiebesparende modi van de processors Energy Star 3.0-gecertificeerd zijn, verbruiken aangesloten applicaties heel weinig stroom in de stand-bymodus zonder dat er een speciale netwerkproxychip nodig is.

De verhoogde gegevensdoorvoer wordt ondersteund door meer RAM, dat uitbreidbaar is tot maximaal 16 GB LPDDR4-geheugen met maximaal 4267 MT/sec. Missiekritieke realtime-applicaties profiteren ook van kosteneffectievere ECC-implementaties, aangezien Intel Inband Error Correction Code (IBECC) het gebruik van goedkoper conventioneel geheugen mogelijk maakt in plaats van speciaal ECC RAM. Klanten kunnen de ECC- en niet-ECC-modus configureren in het BIOS. Het feit dat het mogelijk is om IBECC alleen op bepaalde geheugengebieden toe te passen, is een bijzonder voordeel, omdat het betekent dat ontwikkelaars niet hoeven te kiezen tussen alles of niets. Het geheugengebied dat is gereserveerd voor een missiekritieke virtuele machine kan bijvoorbeeld worden beschermd tegen gegevensfouten door IBECC toe te passen, terwijl het resterende hoofdgeheugen zonder deze functie werkt ten gunste van hogere gegevenssnelheden. Maar zelfs met geactiveerde IBECC zijn de haalbare datasnelheden vaak meer dan twee keer zo hoog als met DDR3L ECC-geheugen op Intel Atom E3900-processors.

Het ingebouwde UFS 2.1-flashgeheugen (Universal Flash Storage) is in deze context aantrekkelijk. In vergelijking met eMMC heeft deze nieuwe opslagtechnologie een veel hogere bandbreedte, snellere gegevensoverdracht en grotere opslagcapaciteiten. Dit alles wordt aangeboden op dezelfde footprint en UFS kan zelfs worden gebruikt als primaire opstartschijf.

Twee keer zo snelle graphics voor meeslepende ervaringen

De nieuwe congatec-kaarten en -modules bieden ook indrukwekkende graphics met tweemaal de snelheid voor maximaal 3x 4k @ 60fps en 10-bits kleurdiepte. Deze enorme toename in grafische prestaties werd mogelijk gemaakt door de integratie van de Intel Gen11 grafische eenheid, die al was ingebouwd in de aanzienlijk krachtigere Intel Core-processors van de 10e generatie (Ice Lake). Nogmaals, de GPU zit op de CPU-matrijs en profiteert van de prestatie- en energie-optimalisaties van de 10nm-productietechnologie. Maar bovenal komt de prestatieverhoging voort uit het aantal geïntegreerde Execution Units (EU's), waarvan er tot 32 zijn. De grafische prestaties worden daarom verdubbeld, simpelweg vanwege de hogere efficiëntie en het grotere aantal EU's, omdat de energiezuinige Gen9-graphics van Apollo Lake hadden maximaal 18 EU's. De Gen11-graphics voldoen aan de resulterende hogere bandbreedtevereisten met betere compressie, grotere L3-cache en hogere maximale gegevensoverdrachtsnelheden. Het ondersteunt ook alle belangrijke acceleratie-API's zoals DirectX 12, OpenGL 4.5, Vulkan 1.1, OpenCL 1.1 en Metal, waardoor het ideaal is voor 3D-graphics en een breed scala aan GPGPU-gestuurde toepassingen. Video-zware toepassingen, zoals digital signage, gaming, streaming-clients en AV-head-end-systemen, profiteren van hardware-versnelde codering en decodering van de nieuwste codecs, zoals de ultra data-efficiënte maar ook rekenintensieve HEVC (H .265) en VP9, ​​evenals de veelgebruikte voorgangers AVC (H.264) en AV1.

Hogere datadoorvoer dankzij PCIe Gen3 en USB 3.1 Gen2

Voor veel ontwikkelaars zal een hogere gegevensdoorvoer naar randapparatuur ook een belangrijk voordeel zijn van de nieuwe Intel Core-processors. Voor het eerst is PCIe Gen3 beschikbaar in een energiezuinige processor, wat betekent dat de datasnelheid is verdubbeld tot maximaal 32 Gigabyte/s (16 Gigabyte per uitgaand en retourkanaal) in vergelijking met PCIe Gen2 zoals ondersteund door Apollo Lake . Dit wordt nu bereikt op 8 GHz in plaats van 5 GHz klokfrequentie.

Een andere nieuwe functie voor low-power x86 is USB 3.1 Gen2-ondersteuning, die een aanzienlijke prestatieverbetering biedt in vergelijking met USB 3.1 Gen1. Met tot 10 GBit/sec maakt dit twee keer zo snelle gegevensoverdracht mogelijk in vergelijking met USB 3.1 Gen1, waardoor het voor het eerst mogelijk is om ongecomprimeerde UHD-videosignalen – bijvoorbeeld van een camera naar een monitor – via USB over te dragen.

Het verhogen van de kloksnelheid van perifere bussen kan echter een grote invloed hebben op het systeemontwerp, omdat dit nieuwe uitdagingen voor ontwikkelaars van carrierboards met zich meebrengt, vooral met betrekking tot signaalcompliance. Hogere kloksnelheden maken routering aanzienlijk complexer en foutgevoeliger. congatec biedt haar klanten daarom uitgebreide ontwerpdiensten voor draagborden en conformiteitstests. Dit bespaart klanten een beroep op externe laboratoria en heeft als bijkomend voordeel dat ze rechtstreeks kunnen spreken met de experts die al tal van andere COM- en carrier-combinaties grondig hebben getest, waardoor ze precies over de vereiste expertise beschikken.

Hard realtime – zelfs via standaard Ethernet

Functies van de nieuwe boards en modules die vooral gewaardeerd worden in industriële real-time toepassingen op basis van VxWorks en real-time Linux zijn TSN (Time Synchronized Networking), Intel® TCC (Time Coordinated Computing) en RTS (Real-Time Systems) hypervisor ondersteuning.

TSN maakt tactiele internettoepassingen over IP in realtime mogelijk. De nieuwe op Intel Atom-processor gebaseerde modules en boards van congatec bieden geïntegreerde MAC's die TSN over 1 GbE ondersteunen. Congatec ondersteunt TSN al lang en biedt ook ontwikkelplatforms die TSN-netwerken combineren met realtime controle. Klanten die TSN in hun applicaties willen integreren, kunnen dus direct profiteren van de applicatieklare oplossingen die al beschikbaar zijn.

TCC-technologie orkestreert realtime Intel IP-gebaseerde communicatie ook naar de I/O's om latentie te verminderen en jitter in synchrone processen te minimaliseren. Het kan worden aangepast via de Intel TCC Software Toolkit. Dit kan handig zijn voor realtime toepassingen in de transportsector waar de processorgeïntegreerde CAN-bus moet worden geïntegreerd.

Uitgebreide virtualisatieondersteuning voor hardwareconsolidatie

Uiteraard speelt hardwarevirtualisatie een belangrijke rol in verbonden realtime systemen, aangezien realtime multitasking een belangrijke vereiste is voor IoT en edge-apparaten. De Intel Atom-processors ondersteunen virtualisatie met Intel VT-technologie, wat een aantrekkelijke aanvulling is op realtime hypervisor-technologieën zoals die worden aangeboden door congatec met de RTS Hypervisor. Intel VT-technologie ondersteunt bijvoorbeeld single root I/O-virtualisatie (SR-IOV). Hierdoor kunnen meerdere apps die worden gehost op virtuele machines met besturingssystemen voor algemene doeleinden (GPOS) native toegang krijgen tot een I/O-interface, bijvoorbeeld een van de Ethernet-interfaces. Dit is een vrij aantrekkelijke functie, vooral omdat deze interfaces vaak schaars zijn.

De RTS Hypervisor van congatec-dochteronderneming Real-Time Systems combineert naadloos met de hardware-geïntegreerde virtualisatiemogelijkheden van Elkhart Lake-processors om kritieke realtime-applicaties uit te voeren - parallel aan andere multifunctionele besturingssystemen zoals Linux en Windows, zonder extra latentie. Virtualisatie helpt dus in de eerste plaats om tal van taken op één systeem te consolideren. En het aantal taken neemt snel toe in industriële controlesystemen van de volgende generatie, die tegenwoordig, naast sitecontrole, vaak ook in realtime met elkaar moeten communiceren. Daarnaast is op IIoT gebaseerde gegevensuitwisseling nodig om gedistribueerde machines te bewaken, activaprestaties te optimaliseren en nieuwe bedrijfsmodellen te introduceren met voorspellend onderhoud en as-a-service-aanbiedingen. Veel toepassingen vereisen ook de integratie van op visie gebaseerde kunstmatige intelligentie. De RTS Hypervisor wordt ondersteund door alle nieuwe congatec-kaarten en -modules met de nieuwe Intel Atom-, Celeron- en Pentium-processors. Dit is een functie die alleen beschikbaar is bij congatec in deze vorm.

Kunstmatige intelligentie en machinevisie

Kunstmatige intelligentie wordt tegenwoordig veel gebruikt voor edge-analyses. De nieuwe Intel-processors ondersteunen een uitgebreid portfolio van AI-producten en optimalisaties voor gemeenschappelijke frameworks. Bijzonder opmerkelijk is de ondersteuning van OpenVino en Microsoft ML. Microsoft ML is een gratis machine learning-softwarebibliotheek voor de programmeertalen C # en F #. Het ondersteunt ook Python-modellen bij gebruik in combinatie met NimbusML. De OpenVINO™-toolkit bevat de Intel® Deep Learning Deployment Toolkit, geoptimaliseerde OpenCV- en mediacoderings- en decoderingsroutines, evenals 20 vooraf getrainde modellen en codevoorbeelden. Een efficiënte manier om aan de slag te gaan met computervisie en OpenVINO is de congatec-werklastconsolidatiekit voor op visie gebaseerde toepassingen voor situationeel bewustzijn. Het is klaar voor toepassingen en maakt contextbewustzijn mogelijk voor robots, autonome voertuigen en videobewaking, het tellen van passagiers en voetgangers, of automatische kassasystemen in de detailhandel.

Werklastconsolidatiekit voor machinevisie

De workloadconsolidatiekit voor vision-based situational awareness-toepassingen van congatec, die door Intel is gekwalificeerd als een productieklare Intel® IoT RFP Ready Kit, demonstreert de efficiëntievoordelen van virtualisatie. Het biedt drie virtuele machines (VM's) voor het consolideren van de werklast van vision-applicaties op basis van hypervisortechnologie van Real-Time Systems (RTS). Eén VM voert een op visie gebaseerde AI-toepassing uit met behulp van Intel® OpenVino™-software voor situationeel bewustzijn. De tweede VM is realtime in staat en gebruikt deterministische besturingssoftware, terwijl de derde VM fungeert als IIoT/Industry 4.0-gateway. De congatec-kit, die is ontwikkeld in samenwerking met Intel en RTS en ook beschikbaar kan worden gemaakt met de nieuwe generatie Intel Atom-processors, is gericht op de volgende generatie op visie gebaseerde collaboratieve robotica, machinebesturingen en autonome voertuigen die meerdere taken moeten uitvoeren in parallel, inclusief situationeel bewustzijn op basis van op deep learning gebaseerde AI-algoritmen.

Aanzienlijke beveiligingsverbeteringen

Alle IIoT edge-apparaten moeten beveiligingsfuncties integreren. OEM's kunnen virtualisatietechnologieën zoals de realtime hypervisor van RTS gebruiken om ze te integreren. Idealiter is de fundering echter al direct in het beslag verankerd. Ook in dit opzicht heeft de nieuwe generatie low-power processors veel te bieden. De nieuwe Intel Atom-, Celeron- en Pentium-processorgebaseerde kaarten en modules van congatec bieden bijvoorbeeld innovatieve opties voor uitgebreider out-of-band beheer, samen met een volledige reeks ingebouwde beveiligingsfuncties, zoals geverifieerd opstarten via Intel® Boot Guard 2.1, TPM ondersteuning inclusief Intel® Platform Trust Technology (Intel® PTT) en Intel® Dynamic Application Loader (Intel® DAL) om de ontwikkeling van consistente, echt vertrouwde applicaties mogelijk te maken. En als het gaat om data-encryptie en decryptie, bieden de nieuwe boards en modules ook meer. De Intel® Advanced Encryption Standard New Instructions (AES-NI) en de SHA Extensions voor hardware-versnelde Secure Hash Algorithms zijn nu nog krachtiger. Een geheel nieuwe functie is de processorondersteuning van SMx-coderingen, een set standaardalgoritmen die vooral in China worden gebruikt. Ten slotte is nu ook HDCP 2.3 kopieerbeveiliging, die nodig is voor het afspelen van de nieuwste HD-media, beschikbaar.

Continue 24/7 werking en ondersteuning op lange termijn

De nieuwe Intel Atom, Celeron en Pentium processorgebaseerde boards en modules van congatec zijn ontworpen voor hoge betrouwbaarheid en een lange levensduur. Voor processors die in zware industriële omgevingen moeten worden gebruikt, biedt Intel 10 jaar continu 24/7 gebruik (100% in slaapstand S0) en uitgebreide temperatuurbereiken van -40°C tot +85°C of maximaal TJ van 100°C tot 110°C. Intel heeft plannen om een ​​gegarandeerde processorbeschikbaarheid van 15 jaar aan te bieden, waardoor congatec dezelfde beschikbaarheid kan garanderen voor functie-identieke producten, iets wat vooral belangrijk is voor bijvoorbeeld de medische en transportsector. Momenteel is de standaard beschikbaarheid van congatec-borden 10 jaar. Voor OEM's met hogere beschikbaarheidseisen kunnen speciale programma's met een langere beschikbaarheid worden geregeld.

Tien nieuwe configuraties

De nieuwe kaarten en modules zijn beschikbaar in Pico-ITX SBC, SMARC, Qseven, COM Express Compact en Mini vormfactoren in de volgende processorconfiguraties: