Nhiều năng lượng hơn cho công suất thấp

Những gì ứng dụng IoT công nghiệp cần ngày nay là sự kết hợp giữa bộ xử lý tiêu thụ điện năng thấp hiệu suất cao công nghệ, hoạt động thời gian thực mạnh mẽ, kết nối thời gian thực và công nghệ ảo hóa thời gian thực. Với thế hệ bộ xử lý Intel Atom, Celeron và Pentium mới nhất, bo mạch và mô-đun congatec cung cấp nhiều năng lượng hơn cho các ứng dụng tiêu thụ điện năng thấp ở mọi khía cạnh.

Các thị trường mục tiêu bao gồm tự động hóa và điều khiển – từ điều khiển quy trình phân tán trong mạng năng lượng thông minh và ngành công nghiệp chế biến đến robot thông minh hoặc thậm chí điều khiển PLC và CNC cho sản xuất rời rạc. Các thị trường thời gian thực khác được tìm thấy trong công nghệ thử nghiệm và đo lường cũng như các ứng dụng giao thông vận tải, chẳng hạn như hệ thống xe lửa và đường ray hoặc phương tiện tự hành, tất cả đều được hưởng lợi từ các tùy chọn nhiệt độ mở rộng.

Thế hệ bộ xử lý tiêu thụ điện năng thấp mới cũng hoàn toàn phù hợp cho các ứng dụng đồ họa chuyên sâu như hệ thống POS, ki-ốt và bảng hiệu kỹ thuật số kết nối biên hoặc các thiết bị đầu cuối chơi game và xổ số phân tán, trong đó các bo mạch và mô-đun congatec mới cũng cung cấp máy từ xa nâng cao -giao tiếp với máy. Do đó, bộ xử lý Intel Atom, Celeron và Pentium công suất thấp mới (còn gọi là Elkhart Lake) sẽ nhanh chóng chinh phục thị trường điện toán nhúng và điện toán ranh giới, đồng thời trở thành chủ lực mới của điện toán nhúng công suất thấp không quạt từ 4.5 đến 12 watt. Có nhiều lý do chính đáng cho việc này:

Một sự gia tăng đáng kể trong bộ vi xử lý hiệu suất

Bộ xử lý Intel Atom, Celeron và Pentium tiêu thụ điện năng thấp mới mang lại hiệu suất tăng đáng kể lên tới 50% đa luồng và thậm chí hiệu suất đơn luồng lên tới 70% so với các phiên bản tiền nhiệm dựa trên vi kiến ​​trúc Apollo Lake. Đối với nhiều ứng dụng công nghiệp, điều quan trọng là phải hỗ trợ phạm vi nhiệt độ mở rộng từ -40°C đến +85°C. Với tối đa 4 lõi và tốc độ xung nhịp tối đa lên tới 3 GHz ở chế độ tăng tốc, bộ xử lý mới mang lại những cải tiến hiệu suất đáng kể cho toàn bộ thị trường nhúng, bao gồm cả các ứng dụng đơn cũng như đa luồng.

Tuy nhiên, thực tế là công nghệ bộ xử lý Intel Atom hiện đã có sẵn ở quy trình 10nm thậm chí còn có tầm quan trọng lớn hơn đối với các ứng dụng nhúng. Do đó, những người dùng nhúng của kiến ​​trúc Intel công suất thấp trước đây có tên mã Apollo Lake (14nm), Braswell (14nm) hoặc Bay Trail (22nm) đang chuyển sang các biến thể Elkhart Lake mới, có thể hưởng lợi từ những lợi thế của công nghệ SuperFin của Intel lần đầu tiên. Bên cạnh mật độ đóng gói cao hơn, điều này mang lại mức tiêu thụ điện năng thấp hơn ở cùng hiệu suất hoặc hiệu suất cao hơn ở mức TDP bằng nhau. Cả hai khía cạnh đều quan trọng trong thiết kế nhúng. So sánh các thiết kế mới, hiện có các biến thể từ 4.5 đến 12 watt, cho thấy rằng người dùng thuộc từng loại TDP có thể hưởng lợi từ việc tăng hiệu suất đáng kể. Và vì chế độ tiết kiệm năng lượng của bộ xử lý được chứng nhận Energy Star 3.0 nên các ứng dụng được kết nối sẽ tiêu thụ rất ít năng lượng ở chế độ chờ mà không cần chip proxy mạng đặc biệt.

Thông lượng dữ liệu tăng lên được hỗ trợ bởi nhiều RAM hơn, có thể mở rộng lên tới bộ nhớ LPDDR16 tối đa 4 GB với tốc độ lên tới 4267 MT/s. Các ứng dụng thời gian thực quan trọng cũng được hưởng lợi từ việc triển khai ECC tiết kiệm chi phí hơn, vì Mã sửa lỗi băng trong Intel (IBECC) cho phép sử dụng bộ nhớ thông thường có giá phải chăng hơn thay vì RAM ECC chuyên dụng. Khách hàng có thể cấu hình chế độ ECC và không ECC trong BIOS. Việc chỉ có thể áp dụng IBECC cho một số vùng bộ nhớ nhất định là một lợi thế đặc biệt vì điều đó có nghĩa là các nhà phát triển không phải lựa chọn giữa tất cả hoặc không có gì. Ví dụ: vùng bộ nhớ dành riêng cho máy ảo quan trọng có thể được bảo vệ khỏi lỗi dữ liệu bằng cách áp dụng IBECC, trong khi bộ nhớ chính còn lại hoạt động mà không có tính năng này để có tốc độ dữ liệu cao hơn. Nhưng ngay cả khi kích hoạt IBECC, tốc độ dữ liệu có thể đạt được thường cao hơn gấp đôi so với bộ nhớ DDR3L ECC trên bộ xử lý Intel Atom E3900.

Bộ nhớ flash UFS 2.1 tích hợp (Universal Flash Storage) rất hấp dẫn trong bối cảnh này. So với eMMC, công nghệ lưu trữ mới này có băng thông cao hơn rất nhiều, truyền dữ liệu nhanh hơn và dung lượng lưu trữ lớn hơn. Tất cả điều này được cung cấp trên cùng một phạm vi và UFS thậm chí có thể được sử dụng làm ổ đĩa khởi động chính.

Đồ họa nhanh gấp đôi cho trải nghiệm sống động

Các bo mạch và mô-đun congatec mới cũng cung cấp đồ họa ấn tượng với tốc độ gấp đôi cho tốc độ lên tới 3x 4k @ 60fps và độ sâu màu 10 bit. Hiệu suất đồ họa tăng mạnh này có được nhờ tích hợp bộ đồ họa Intel Gen11, vốn đã được tích hợp vào bộ xử lý Intel Core thế hệ thứ 10 (Ice Lake) mạnh hơn đáng kể. Một lần nữa, GPU nằm trên khuôn CPU và được hưởng lợi từ việc tối ưu hóa hiệu suất và năng lượng của công nghệ sản xuất 10nm. Nhưng trên hết, sự gia tăng hiệu suất bắt nguồn từ số lượng Đơn vị thực thi (EU) tích hợp, trong đó có tới 32. Do đó, hiệu suất đồ họa tăng gấp đôi đơn giản vì hiệu suất cao hơn và số lượng EU tăng lên, do tiêu thụ điện năng thấp. Đồ họa Gen9 của Apollo Lake có tối đa 18 EU. Đồ họa Gen11 giải quyết các yêu cầu về băng thông cao hơn nhờ khả năng nén tốt hơn, bộ đệm L3 lớn hơn và tốc độ truyền dữ liệu tối đa cao hơn. Nó cũng hỗ trợ tất cả các API tăng tốc chính như DirectX 12, OpenGL 4.5, Vulkan 1.1, OpenCL 1.1 và Metal, khiến nó trở nên lý tưởng cho đồ họa 3D và nhiều ứng dụng dựa trên GPGPU. Các ứng dụng nặng về video, chẳng hạn như bảng hiệu kỹ thuật số, trò chơi, máy khách phát trực tuyến và hệ thống đầu cuối AV, được hưởng lợi từ việc mã hóa và giải mã được tăng tốc phần cứng của các codec mới nhất, chẳng hạn như HEVC (H) cực kỳ hiệu quả về mặt dữ liệu nhưng cũng đòi hỏi nhiều tính toán. .265) và VP9, ​​cũng như các phiên bản tiền nhiệm AVC (H.264) và AV1 được sử dụng rộng rãi.

Thông lượng dữ liệu cao hơn nhờ PCIe Gen3 và USB 3.1 Gen2

Đối với nhiều nhà phát triển, thông lượng dữ liệu cao hơn đến các thiết bị ngoại vi cũng sẽ là lợi ích chính của bộ xử lý Intel Core mới. Lần đầu tiên, PCIe Gen3 có sẵn trong bộ xử lý công suất thấp, điều đó có nghĩa là tốc độ dữ liệu đã tăng gấp đôi lên tối đa 32 Gigabyte/s (16 Gigabyte mỗi kênh ra và kênh trả về) so với PCIe Gen2 được hỗ trợ bởi Apollo Lake . Điều này hiện đạt được ở tần số 8 GHz thay vì tần số xung nhịp 5 GHz.

Một tính năng mới khác dành cho x86 tiêu thụ điện năng thấp là hỗ trợ USB 3.1 Gen2, giúp tăng hiệu suất đáng kể so với USB 3.1 Gen1. Với tốc độ lên tới 10 GBit/s, điều này cho phép truyền dữ liệu nhanh gấp đôi so với USB 3.1 Gen1, giúp lần đầu tiên có thể truyền tín hiệu video UHD không nén – ví dụ: từ máy ảnh sang màn hình – qua USB.

Tuy nhiên, việc tăng tốc độ xung nhịp của các bus ngoại vi có thể tác động lớn đến thiết kế hệ thống vì điều này gây ra những thách thức mới cho các nhà phát triển bo mạch vận chuyển, đặc biệt là về việc tuân thủ tín hiệu. Tốc độ xung nhịp cao hơn làm cho việc định tuyến phức tạp hơn và dễ xảy ra lỗi hơn. do đó congatec cung cấp cho khách hàng các dịch vụ thiết kế bảng mạch toàn diện và kiểm tra tuân thủ. Điều này giúp khách hàng không phải phụ thuộc vào các phòng thí nghiệm bên ngoài và, trong trường hợp có vấn đề, có thêm lợi thế là họ có thể nói chuyện trực tiếp với các chuyên gia đã kiểm tra kỹ lưỡng nhiều tổ hợp COM và nhà cung cấp dịch vụ khác, nghĩa là họ có chính xác kiến ​​thức chuyên môn cần thiết.

Thời gian thực cứng – thậm chí thông qua Ethernet tiêu chuẩn

Các chức năng của bo mạch và mô-đun mới được đặc biệt đánh giá cao trong các ứng dụng thời gian thực công nghiệp dựa trên VxWorks và Linux thời gian thực là TSN (Mạng đồng bộ hóa thời gian), Intel® TCC (Điện toán phối hợp thời gian) và RTS (Hệ thống thời gian thực) hỗ trợ hypervisor.

TSN cho phép các ứng dụng Internet xúc giác qua IP trong thời gian thực cứng. Các mô-đun và bo mạch dựa trên bộ xử lý Intel Atom mới của congatec cung cấp các MAC tích hợp hỗ trợ TSN trên 1 GbE. Đã hỗ trợ TSN từ lâu, congatec cũng đang cung cấp các nền tảng phát triển kết hợp mạng TSN với khả năng kiểm soát thời gian thực. Do đó, những khách hàng muốn tích hợp TSN vào ứng dụng của mình có thể hưởng lợi trực tiếp từ các giải pháp sẵn sàng cho ứng dụng đã có sẵn.

Công nghệ TCC điều phối hoạt động giao tiếp dựa trên IP Intel theo thời gian thực cũng hướng tới I/O để giảm độ trễ và giảm thiểu hiện tượng giật trong các quy trình đồng bộ. Nó có thể được điều chỉnh thông qua Bộ công cụ phần mềm Intel TCC. Điều này có thể hữu ích cho các ứng dụng thời gian thực trong lĩnh vực giao thông vận tải nơi cần tích hợp bus CAN tích hợp bộ xử lý.

Hỗ trợ ảo hóa toàn diện để hợp nhất phần cứng

Đương nhiên, ảo hóa phần cứng đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống thời gian thực được kết nối vì đa nhiệm theo thời gian thực là yêu cầu chính đối với các thiết bị IoT và biên. Bộ xử lý Intel Atom hỗ trợ ảo hóa bằng công nghệ Intel VT, đây là một sự bổ sung hấp dẫn cho các công nghệ ảo hóa thời gian thực chẳng hạn như các công nghệ do congatec cung cấp với RTS Hypervisor. Ví dụ: công nghệ Intel VT hỗ trợ ảo hóa I/O gốc đơn (SR-IOV). Điều này cho phép nhiều ứng dụng được lưu trữ trong các máy ảo có hệ điều hành đa năng (GPOS) truy cập nguyên bản vào giao diện I/O, ví dụ: một trong các giao diện Ethernet. Đây là một tính năng khá hấp dẫn, đặc biệt là vì các giao diện này thường khan hiếm.

RTS Hypervisor từ công ty con congatec Real-Time Systems kết hợp hoàn hảo với khả năng ảo hóa tích hợp phần cứng của bộ xử lý Elkhart Lake để chạy các ứng dụng thời gian thực quan trọng – song song với các hệ điều hành đa mục đích khác như Linux và Windows mà không gây ra bất kỳ sự cố bổ sung nào. độ trễ. Vì vậy, ảo hóa chủ yếu giúp hợp nhất nhiều tác vụ trên một hệ thống. Và số lượng nhiệm vụ đang tăng lên nhanh chóng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp thế hệ tiếp theo, mà ngày nay, ngoài việc kiểm soát cơ sở, còn thường được yêu cầu phải tương tác với nhau trong thời gian thực. Ngoài ra, cần trao đổi dữ liệu dựa trên IIoT để giám sát các máy phân tán, tối ưu hóa hiệu suất tài sản và giới thiệu các mô hình kinh doanh mới với tính năng bảo trì dự đoán và các dịch vụ dưới dạng dịch vụ. Nhiều ứng dụng còn yêu cầu tích hợp trí tuệ nhân tạo dựa trên tầm nhìn. RTS Hypervisor được hỗ trợ bởi tất cả các bo mạch và mô-đun congatec mới với bộ xử lý Intel Atom, Celeron và Pentium mới. Đây là tính năng chỉ có ở congatec ở dạng này.

Trí tuệ nhân tạo và thị giác máy

Trí tuệ nhân tạo được sử dụng rộng rãi cho phân tích biên ngày nay. Bộ xử lý Intel mới hỗ trợ danh mục sản phẩm AI phong phú và tối ưu hóa cho các nền tảng chung. Đặc biệt đáng chú ý là hỗ trợ OpenVino và Microsoft ML. Microsoft ML là thư viện phần mềm học máy miễn phí dành cho ngôn ngữ lập trình C# và F#. Nó cũng hỗ trợ các mô hình Python khi được sử dụng cùng với NimbusML. Bộ công cụ OpenVINO™ bao gồm Bộ công cụ triển khai học sâu Intel®, các quy trình mã hóa và giải mã phương tiện và OpenCV được tối ưu hóa, cũng như 20 mô hình và mẫu mã được đào tạo trước. Một cách hiệu quả để bắt đầu với thị giác máy tính và OpenVINO là bộ công cụ hợp nhất khối lượng công việc congatec dành cho các ứng dụng nhận thức tình huống dựa trên thị giác. Nó sẵn sàng cho ứng dụng và cho phép nhận biết bối cảnh cho robot, xe tự hành và giám sát video, đếm hành khách và người đi bộ hoặc hệ thống thanh toán tự động trong thị trường bán lẻ.

Bộ hợp nhất khối lượng công việc cho thị giác máy

Bộ hợp nhất khối lượng công việc dành cho các ứng dụng nhận thức tình huống dựa trên tầm nhìn của congatec, được Intel đủ tiêu chuẩn làm Bộ công cụ sẵn sàng cho Intel® IoT RFP sẵn sàng sản xuất, chứng minh lợi ích hiệu quả của ảo hóa. Nó cung cấp ba máy ảo (VM) để hợp nhất khối lượng công việc của các ứng dụng thị giác dựa trên công nghệ ảo hóa từ Hệ thống thời gian thực (RTS). Một VM chạy ứng dụng AI dựa trên thị giác bằng phần mềm Intel® OpenVino™ để nhận biết tình huống. VM thứ hai có khả năng theo thời gian thực và vận hành phần mềm điều khiển xác định, trong khi VM thứ ba hoạt động như cổng IIoT/Công nghiệp 4.0. Bộ công cụ congatec, được phát triển với sự hợp tác của Intel và RTS và cũng có thể được cung cấp cùng với thế hệ bộ xử lý Intel Atom mới, nhắm đến thế hệ robot cộng tác, điều khiển máy và phương tiện tự động dựa trên thị giác tiếp theo cần thực hiện nhiều nhiệm vụ trong song song, bao gồm nhận thức tình huống dựa trên thuật toán AI dựa trên deep learning.

Cải tiến bảo mật đáng kể

Tất cả các thiết bị biên IIoT phải tích hợp các tính năng bảo mật. Các OEM có thể sử dụng các công nghệ ảo hóa như bộ ảo hóa thời gian thực từ RTS để tích hợp chúng. Tuy nhiên, lý tưởng nhất là nền tảng đã được cố định trực tiếp vào phần cứng. Thế hệ bộ xử lý tiêu thụ điện năng thấp mới cũng có nhiều ưu điểm về mặt này. Ví dụ: các bo mạch và mô-đun dựa trên bộ xử lý Intel Atom, Celeron và Pentium mới của congatec cung cấp các tùy chọn cải tiến để quản lý ngoài băng tần toàn diện hơn cùng với đầy đủ các tính năng bảo mật nhúng như khởi động được xác minh qua Intel® Boot Guard 2.1, TPM hỗ trợ bao gồm Intel® Platform Trust Technology (Intel® PTT) và Intel® Dynamic Application Loader (Intel® DAL) để cho phép phát triển các ứng dụng nhất quán, thực sự đáng tin cậy. Và khi nói đến mã hóa và giải mã dữ liệu, các bo mạch và mô-đun mới cũng cung cấp nhiều tính năng hơn. Hướng dẫn mới về tiêu chuẩn mã hóa nâng cao Intel® (AES-NI) và Phần mở rộng SHA dành cho Thuật toán băm bảo mật được tăng tốc phần cứng giờ đây thậm chí còn mạnh mẽ hơn. Một tính năng hoàn toàn mới là bộ xử lý hỗ trợ mật mã SMx, một bộ thuật toán tiêu chuẩn được sử dụng đặc biệt ở Trung Quốc. Cuối cùng, tính năng chống sao chép HDCP 2.3, cần thiết để phát lại phương tiện HD mới nhất, hiện cũng đã có sẵn.

Hoạt động liên tục 24/7 và hỗ trợ lâu dài

Các bo mạch và mô-đun dựa trên bộ xử lý Intel Atom, Celeron và Pentium mới của congatec được thiết kế để có độ tin cậy cao và tuổi thọ lâu dài. Đối với các bộ xử lý sẽ được sử dụng trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, Intel đang cung cấp 10 năm hoạt động liên tục 24/7 (100% ở trạng thái ngủ S0) và phạm vi nhiệt độ mở rộng từ -40°C đến +85°C hoặc TJ tối đa từ 100°C đến 110°C. Intel có kế hoạch cung cấp bộ xử lý được đảm bảo sẵn có trong 15 năm, điều này sẽ cho phép congatec đảm bảo khả năng sẵn có tương tự cho các sản phẩm có chức năng giống nhau – ví dụ như điều gì đó đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực y tế và giao thông vận tải. Hiện nay, tiêu chuẩn của bảng congatec là 10 năm. Đối với các OEM có yêu cầu về tính khả dụng cao hơn, có thể sắp xếp các chương trình đặc biệt với thời gian sẵn sàng lâu hơn.

Mười cấu hình mới

Các bo mạch và mô-đun mới có sẵn ở các dạng Pico-ITX SBC, SMARC, Qseven, COM Express Compact và Mini trong các cấu hình bộ xử lý sau: