Eckdaten

Moderne Designs weisen eine hohe Komplexität auf und das Designrisiko darf nicht unterschätzt werden. Um die neuesten Prozessoren wie zum Beispiel von Intel verwenden zu können, ist eine gehörige Portion Erfahrung im Schaltungsdesign, der Platzierung und im Layout erforderlich. Durch den Zukauf eines Standardmoduls wird das Entwicklungsprojektrisiko stark verringert, da die zentrale Komponente bereits getestet und qualifiziert zum Gesamtsystem hinzugefügt wird.

Meist ist das Design des Mainboards sehr speziell auf die Anwendung abgestimmt. Hier befindet sich das Kern-Know-how des Anwenders, etwa in einem FPGA zur Bilderzeugung eines Ultraschallgeräts. Die Zeitersparnis und Aufteilung des Gesamtdesigns in überschaubare Entwicklungsblöcke sind weitere Vorteile des Modulansatzes.

Auswahlmöglichkeit des Lieferanten

Bild 1: Skalierbarkeit: Standard-x86-Formfaktoren und Prozessorplattformen.

Bild 1: Skalierbarkeit: Standard-x86-Formfaktoren und Prozessorplattformen. TQ-Systems

Bild 2: COM Express Type 6 Pinout

Bild 2: COM Express Type 6 Pinout TQ-Systems

Bild 3: Verschiedene USB-Standards, Übertragungsraten und Steckervarianten.

Bild 3: Verschiedene USB-Standards, Übertragungsraten und Steckervarianten. TQ-Systems

Bild 4: TQMx80UC und MB-COME6-3 mit USB-3.1-Gen-2-Schnittstellen (10 GBit/s)

Bild 4: TQMx80UC und MB-COME6-3 mit USB-3.1-Gen-2-Schnittstellen (10 GBit/s) TQ-Systems

Bild 5: Konfigurierbare TDP und Rechenleistung

Bild 5: Konfigurierbare TDP und Rechenleistung TQ-Systems

Standardmodule bieten den Vorteil, dass diese von mehreren Herstellern angeboten werden. Dadurch besteht eine Auswahlmöglichkeit des Lieferanten, die bei proprietären Modulen nicht in diesem Maß gegeben ist. Es resultieren Kostenvorteile und auch die Möglichkeit, durch einen Lieferantenmix das Ausfallrisiko eines Lieferanten begrenzt zu halten. Auch der Aufwand der Basis-Softwareentwicklung im Bereich der Gerätetreiber ist geringer, da Standardmodule mit fertigen Treiberpaketen und Board Support Packages für die gängigen Betriebssysteme angeboten werden.

Ist das Design entwickelt, bestehend aus einem applikationsspezifischen Carrierboard und einem Standardmodul (zum Beispiel COM Express oder Smarc), kann das Modul nach ein paar Jahren durch ein neueres mit aktuellem Prozessor ausgetauscht werden, ohne das Mainboard, die Kühllösung oder das Gehäuse zu verändern. Dadurch können das Gesamtgerät und dessen Rechen- und Grafikleistung mühelos auf den neuesten Stand gebracht werden, ohne dass die gesamte Hardwareplattform neu entwickelt werden muss. Auch der Austausch gegen ein anderes Modul der gleichen Generation ist möglich, wenn beispielsweise statt zwei Rechenkernen vier Kerne benötigt werden. Eine skalierbare Familie von Geräteklassen mit Modulen unterschiedlicher Rechenleistung kann so leicht zusammengestellt werden. Dieses hohe Maß an Flexibilität, Erweiterbarkeit und Austauschbarkeit stellt einen großen Vorteil dar.

Skalierbarkeit über Prozessorgrenzen hinweg

Standardformfaktoren bieten die Möglichkeit der Skalierbarkeit über Prozessorgrenzen hinweg. Der Smarc-Standard wurde sowohl für Arm- als auch x86-Prozessoren geschaffen. Entsprechende Carrierboards, die beide Prozessorarchitekturen unterstützen, sind bereits verfügbar.

Darüber hinaus kann dadurch das Designrisiko reduziert werden, wenn zu Beginn noch nicht feststeht, welche Prozessorarchitektur den Anforderungen an die Rechenleistung genügen wird.

Beim COM-Express-Compact-Formfaktor stehen sowohl Intel-Atom- als auch Intel-Core-Prozessoren für ein breites Feld von Einsatzmöglichkeiten zur Verfügung. Sollten viele Peripheriegeräte oder eine externe Grafik- oder Framegrabber-Karte benötigt werden, bietet der COM-Express-Basic-Standard sowohl Intel-Core- als auch Intel-Xeon-Prozessoren an.

Perfect Match: COM Express Compact und die 8. Generation der Intel-Core-Prozessoren

Bisher haben wir über die Vorteile eines Standardmoduls gesprochen. Wichtig ist aber auch die Pinbelegung am Stecker zwischen Modul und Carrierboard. Ziel muss es sein, möglichst alle Signale und Funktionen des Prozessors dem Anwender zur Verfügung zu stellen. Bei einem Standardformfaktor wie COM Express Compact und dem Type 6 Pinout stehen 440 Pins mit wohldefinierter Funktion zur Verfügung.

Diese verfügbaren Pins passen sehr gut zur 8. Generation der Intel-Core-Prozessoren der UE-Serie. Praktisch alle Signale des Prozessors können dem Anwender über den COM-Express-Stecker zugänglich gemacht werden.

USB 3.1 Gen 2 mit Datenraten von 10 GBit/s

USB hat sich als Standardschnittstelle für eine Vielzahl von Peripheriegeräten durchgesetzt. Neben beispielsweise SSDs, Wi-Fi/BT-Modems oder USB-Sticks können auch Kameras, Tastatur und Maus angeschlossen werden.

Erstmalig wird USB 3.1 Gen 2 von den neuen Intel-Core-Prozessoren der 8. Generation unterstützt. USB 3.1 (Gen 1 oder Gen 2) ist der Nachfolger von USB 3.0. Dabei ist die Übertragungsrate von USB 3.1 Gen 1 und USB 3.0 identisch (5 GBit/s, Super Speed). USB 3.1 Gen 2 verdoppelt die Übertragungsrate auf 10 GBit/s (Super Speed Plus). USB 3.1 ist vollständig rückwärtskompatibel zu USB 3.0. Die COM-Express-Spezifikation Revision 3.0 unterstützt bisher nur USB 3.1 Gen 1 (5 GBit/s). Deshalb werden bestehende Carrier in der Regel diese neue Datenrate nicht unterstützen können. Besteht der Wunsch, die maximale Datenrate von 10 GBit/s der Anwendung zugänglich zu machen, ist ein neues Carrierboard-Design nötig. Beim TQMx80UC kann im BIOS USB 3.1 Gen 1 oder Gen 2 eingestellt werden, sodass das Modul mit USB 3.1 Gen 1 auch auf Legacy-Carrierboards eingesetzt werden kann.

Um USB 3.1 Gen 2 zu ermöglichen, gibt es einiges beim Design zu beachten, etwa die maximalen Leitungslängen und deren Verteilung auf Modul und Carrierboard sowie die Auswahl geeigneter COM-Express-Stecker, Redriver und Struktur sowie Aufbau der verwendeten Leiterplatte. Hier bietet die Verwendung eines Standardmoduls den Vorteil, dass die Modullieferanten beim Carrierboard-Design durch Schaltplan und Layoutreview unterstützen können.

COM-Express-Compact-Modul TQMx80UC

Das neue TQ-Modul im COM-Express-Compact-Formfaktor von 95 × 95 mm2 bietet Intel-Core-Embedded-Prozessoren der 8. Generation und eignet sich besonders für Industriesteuerungen, Robotikanwendungen, Messtechnik, Medizintechnikgeräte sowie Point of Sales. Mit Embedded-Prozessoren der Intel-Core-UE-Serie kann je nach benötigter Funktionalität und Rechenleistung zwischen den CPU-Varianten i7-8665UE, i5-8365UE, i3-8145UE oder Celeron 4305UE mit zwei oder vier Rechenkernen ausgewählt werden. Mit einer thermischen Verlustleistung von 15 W stehen jetzt erstmals in dieser Leistungsklasse vier Rechenkerne zur Verfügung (bisher lediglich zwei bei der 7. Generation der U-Serie).

Das Speicherinterface ist mit der DDR4-2400-Technologie ausgestattet. Die Speicherkapazität kann je nach verwendeten SO-DIMM-Modulen zwischen 4 und 64 GB gewählt werden. Bis zu neun PCI-Express-Lanes (Gen 3) stehen für den Anschluss von bis zu fünf Peripheriegeräten zur Verfügung und können im BIOS flexibel konfiguriert werden.  Auch USB 3.1 Gen 2 wird unterstützt. Hierfür stehen vier Hochgeschwindigkeitsschnittstellen zur Verfügung. Außerdem ist erstmalig auf dem Modul eMMC-Flash in Größen zwischen 8 und 128 GB vorhanden.

Das COM-Express-Compact-Modul TQMx80UC ist mit den Abmessungen und dem Type-6-Pinout konform mit PICMG COM.0 R3.0 und wird durch das neue TQ-Mainboard MB-COME6-3 unterstützt.

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