Auf einen Blick

Die neue Atom- und Celeron-Generation von Intel schließt die leistungsmäßige Lücke zwischen den bisherigen Atom-Prozessoren und den hoch performanten, aber leistungshungrigen Prozessoren der Core-i-Serie und dies zu äußerst attraktiven Preisen. Dem Anwender erschließt sich erstmals eine der ARM-Welt überlegene Leistung bei vergleichbarem Stromverbrauch, ohne dass er seine bewährte x86-Welt verlassen muss. Und wenn er dies doch will, dann bleiben dank des universellen COM-Express-Standards zumindest die mechanischen und thermischen Interfaces unverändert.

Bisherige Atom-Prozessoren galten als stromsparend, aber wenig performant. Kein Wunder, schließlich wurde die Mikroarchitektur seit der Einführung der Atom-Familie mit der Silverthorne-Mikroarchitektur bisher kaum verändert. Da es hier einen Tick-Tock (jährliche abwechselnde Aktualisierung von Mikroarchitektur und Fertigungstechnologie) wie bei den Core-i Serie-Prozessoren bisher nicht gegeben hat, beschränkten sich bislang die Aktualisierungen auf nur wenige Erweiterungen (Intel64, Dual-Core, Hyperthreading, HD-fähige Grafik) sowie Anpassungen an die Fertigungsarchitektur. Die Grafikleistung des bisherigen Grafikprozessors, das Fehlen der Fähigkeit zur Out-of-Order Execution und das Nichtvorhandensein eines Turbomodus sorgten für einen immer größeren Abstand zu den leistungsstärkeren Modellen der Core-i-Serie und einer schwindenden Konkurrenzfähigkeit zur wachsenden Konkurrenz durch ARM-Prozessoren.

COM-Konzept mit Baseboard und COM-Express-Compact-Modul Conga-TCA3.

COM-Konzept mit Baseboard und COM-Express-Compact-Modul Conga-TCA3.Congatec

Deutlich höhere Rechenleistung

Der Wechsel zur neuen Silvermont-Mikroarchitektur mit vielen sinnvollen, von den Core-i Serie-Prozessoren bekannten Erweiterungen, die Einführung von Out-of-Order Execution zur schnelleren Befehlskettenausführung sowie eine aktuelle und konkurrenzfähige Grafik mit DX11- und Open-GL 3.2-Unterstützung bringen die neuen Atom- und Celeron-Prozessoren technologisch wieder auf die Höhe der Zeit. In ihren Eigenschaften und Möglichkeiten kommen sie damit deutlich näher an die der aktuellen Ivy-Bridge-Generation heran. Die Fertigung in aktueller 22-nm-Tri-Gate-Transistortechnologie ermöglicht niedrige Herstellungskosten und einen geringen Stromverbrauch bei konkurrenzfähiger Leistung. Nach Angaben von Intel soll die Leistung bei gleichem Stromverbrauch bis zu dreimal so hoch sein beziehungsweise bei gleicher Leistung der Stromverbrauch nur ein Fünftel des Wertes der bisherigen Atom-Generation betragen. Damit fällt die verfügbare Rechenleistung pro Watt deutlich höher aus als bei aktuellen ARM-Prozessoren. Zudem sind die Atom- und Celeron-Prozessoren jetzt erstmals auch als Quadcore-Prozessoren lieferbar. Diese erweitern das Angebot der bisherigen Dualcore-Prozessoren mit Hyperthreading, welches für die neuen Prozessoren nicht mehr verfügbar ist. Ein aktueller Turbo-Burst, mit dem innerhalb des thermischen Budgets einzelne Cores und die Grafik lastabhängig deutlich höher getaktet werden können, sorgt bei Bedarf für weiteren Leistungszuwachs.

Die neuen Features im Einzelnen

Die Grafik beruht auf der Intel-Gen-7-Grafik, wie sie auch in der HD3000 der Ivy Bridge verwendet wird. Allerdings enthält sie bei den neuen Atom- und Celeron-Prozessoren nur vier statt 16 Ausführungseinheiten (Execution Units). Neben den aktuellen DirectX in der Version 11 und OpenGL in der Version 3.2 werden Hardware-Codierung und Decodierung von HD-Videos, 3D-stereoskopische Darstellung und zwei voneinander unabhängige HD-Displays unterstützt.

Mit AES-NI verfügen nun erstmals auch die Atom- und Celeron-Prozessoren über Hardwareunterstützung für den weit verbreiteten AES-Verschlüsselungsalgorithmus. So lassen sich nun auch bei diesen Prozessoren zu übertragende oder gespeicherte Daten in Echtzeit verschlüsseln beziehungsweise entschlüsseln, ohne die CPU dabei nennenswert zu belasten. Besonders wichtig ist dies bei der Nutzung von Halbleitermassenspeichern (SSDs), da sich hier Daten kaum vollständig löschen lassen.

Unterstützt werden auch Intel-VTx-Virtualisierung sowie Thermal Monitoring. Das neue, verbesserte Power-Management unterstützt Stromsparmodi bis C6 und wie bisher schon einige Vorgängermodelle die Intel-Speedstep-Technologie. Zur Erhöhung der Sicherheit kann im aktuellen UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) mit der Secure-Boot-Option das Booten auf vorher signierte Bootloader beschränkt werden, um die Ausführung von Schadsoftware oder anderen unerwünschten oder unautorisierten Programmen zu verhindern.

Mit USB 3.0, Embedded Displayport (eDP), SATA Gen 2 und PCI Express Gen 2 sind die neuen Code-Name-Bay-Trial-Prozessoren nun auch on-Chip mit allen aktuellen Schnittstellen ausgerüstet und stellen echte Systems-on-Chip (SoC) dar. Die Eigenschaften der beim Conga-TCA3-Modul einsetzbaren neuen Prozessoren zeigt die Tabelle im Überblick.

Tabelle: Prozessor- und Modulvarianten von Conga-TCA3.

Tabelle: Prozessor- und Modulvarianten von Conga-TCA3.Congatec

Leistungsfähiges, 95 x 95 mm² kompaktes Modul

Als langjähriger Intel-Partner und Erfinder des COM-Express-Standards kann Congatec zeitgleich mit der Einführung der neuen Prozessorgeneration durch Intel sein neues COM Conga-TCA3 anbieten. Der Kunde erhält hier ein hoch leistungsfähiges, 95 x 95 mm² kompaktes Modul und dazu passende Trägerboards beziehungsweise Entwicklungssysteme einschließlich Software und Support für die Entwicklung eigener Systeme.

Ausgestattet werden kann das COM mit Single- bis Quadcore-Embedded-Prozessoren der Atom-E3xxx-Serie sowie mit passenden Embedded-Celeron-Prozessoren. Mit Embedded Celeron bezeichnet Intel preisgünstige Volumenmodelle der Bay-Trail-Familie. Allen Prozessoren gemein ist die Ausführung als Singlechip-Prozessoren, bei denen Grafik und der passende Chipsatz jeweils bereits mit im Gehäuse integriert sind. Wichtig für Embedded-Anwender ist auch die Langzeitverfügbarkeit von Prozessoren und Modulen von mindestens sieben Jahren.

Das Modul ist mit bis zu 8 GByte schnellem DDR3L-Speicher über zwei SO-DIMM-Sockel zu betreiben. Als Massenspeicher stehen standardmäßig 4 GByte eMMC Flash zur Verfügung, die als SSD und Bootdevice genutzt werden können.

Die integrierte, gegenüber dem Vorgängermodell deutlich leistungsfähigere Grafik, unterstützt DirectX 11, OpenGL 3, OpenCL 1.2 sowie eine hochperformante, flexible Hardware-Dekodierung, um auch mehrfach hochauflösende Full-HD-Videos parallel dekodieren zu können. Bis zu 2560 x 1600 Pixel bei Displayport und 1920 x 1200 Pixel bei HDMI werden im Prozessor nativ unterstützt. Darüber hinaus ist eine Anbindung der bis zu zwei unabhängigen Display-Interfaces auch mittels 2 x 24 Bit LVDS möglich.

Die native USB-3.0-Unterstützung des Moduls sorgt für eine schnelle Datenübertragung bei geringem Energieverbrauch. Insgesamt werden acht USB 2.0 Ports bereitgestellt, einer davon ist als USB 3.0 Superspeed ausgeführt.

Fünf PCI Express 2.0 Lanes und zwei SATA-Schnittstellen mit bis zu 3 Gbit/s ermöglichen schnelle und flexible Systemerweiterungen. Der verwendete Intel-I210-Gigabit-Ethernet-Controller verspricht beste Software-Kompatibilität. ACPI 5.0, der I2C-Bus, ein LPC-Bus für die einfache Anbindung von Legacy-I/O-Schnittstellen und das Intel High-Definition Audio runden das Funktionsset ab. Als Betriebssysteme werden Windows 8, Windows 7 und Embedded-Linux unterstützt.

Das Blockdiagramm des Conga-TCA3.

Das Blockdiagramm des Conga-TCA3.Congatec

Mögliche Einsatzgebiete und Anwendungen

Aufgrund der kompakten Maße und der hohen Leistung bei äußerst geringem Stromverbrauch eignet sich das Conga-TCA3 besonders gut für kompakte und semistationäre Anwendungen in Medizintechnik und der Industrieautomatisierung. Hervorzuheben sind dabei die Langzeitverfügbarkeit von Chip und Board von mindestens sieben Jahren, die integrierte HD- und Touch-taugliche Grafik mit der Unterstützung zweier unabhängiger, hoch auflösender Bildschirme sowie die hohe Betriebssicherheit durch die ausschließliche Verwendung von keramischen Kondensatoren. Gegenüber vergleichbaren Systemen auf ARM-Basis verfügen sie über die volle x86-Code-Kompatibilität bei sehr geringer Leistungsaufnahme. Bestehende x86-Applikationen können also weiterverwendet werden und müssen nicht auf eine neue Plattform portiert werden.

Das COM-Express-Modul Conga-TCA3 mit der dritten Generation von Intel-Atom.

Das COM-Express-Modul Conga-TCA3 mit der dritten Generation von Intel-Atom.Congatec

Weitere Anwendungsgebiete sind lüfterlose, passiv gekühlte Digital-Signage- und Monitoring-Systeme und Display-PCs, aber auch klassische Industrieanwendungen, wie zum Beispiel Maschinensteuerungen. Die Leistungsfähigkeit ist der von nur wenigen Jahren alten Pentium- und Celeron-Systemen durchaus ebenbürtig bis überlegen, sodass bisher aufwändig zu kühlende Systeme durch kompakte, voll gekapselte Systeme ersetzt werden können. Das zusätzliche Plus an Leistung ermöglicht ferner den Einsatz moderner Virtualisierungsmethoden wie etwa eines Hypervisors.