Intel-Core-Ultra-Prozessoren auf COM-HPC Mini

Die hybride Architektur der neuen Intel-Core-Ultra-Prozessoren, die sowohl leistungsfähige Performance-Cores (P-Cores) als auch genügsame Efficient-Cores (E-Cores) zur Verfügung stellt, ermöglicht eine optimierte Verarbeitung paralleler Aufgaben und reduziert den Stromverbrauch. Die Hauptanwendung kann ungestört auf den leistungsstarken P-Cores laufen, während Hintergrundaufgaben parallel auf den E-Cores ausgeführt werden.

Die integrierte Intel ARC Graphic Processing Unit (GPU) steht für rechenintensive Grafikaufgaben zur Verfügung und macht in vielen Fällen eine externe Grafikkarte überflüssig. Mit der integrierten Neural-Processing Unit (NPU) können KI-Inferenzaufgaben besonders energieeffizient bearbeitet werden. Eine hohe Gesamtleistung für KI und Bildverarbeitung lässt sich durch die Kombination von CPU, GPU und NPU erzielen: Mit der neuen Prozessorgeneration ist im Bereich der künstlichen Intelligenz je nach Anwendungsfall eine Leistungssteigerung von bis zu 50 Prozent und eine Verbesserung der Energieeffizienz um den Faktor 2,5 gegenüber den Vorgängerversionen zu erwarten.

Ohne aufwändige Code-Anpassungen

Um den besten Mix aus E- und P-Cores sowie GPU und NPU zu nutzen, bietet Intel die OpenVINO-Toolkits an. Damit profitieren KI-Anwendungen von optimierten Modellen und einer Abstraktionsschicht, die sowohl CPU, GPU als auch NPU besonders effizient auf Intel-Prozessoren nutzen kann, ohne aufwändige Code-Anpassungen. Dabei können die Aufgaben auch parallel, verteilt auf verschiedene Einheiten des Prozessors, ausgeführt werden.

Konstant hohe Performance bei sehr geringer Verlustleistung

Die Intel-Core-Ultra-5- und Intel-Core-Ultra-7-Prozessoren bieten mit bis zu 14 CPU-Kernen / 20 Threads, acht Intel-Xe-Grafik-Einheiten mit insgesamt 128 Execution Units und der zusätzlich integrierten Neural Processing Unit beste Voraussetzungen für die besonders energieeffiziente Umsetzung leistungsfähiger KI-Anwendungen. Durch die Integration aller Einheiten auf einem Chip, den großen internen Cache von bis zu 24 MB sowie die neueste LPDDR5-Speichertechnologie wird eine konstant hohe Performance bei sehr geringer Verlustleistung erreicht. Ein Flaschenhals, wie er bei der Verwendung verschiedener verteilter Komponenten häufig auftritt, wird vermieden.

Anspruchsvolle KI-Anwendungen benötigen zudem auch einen schnellen Datentransfer - zum Beispiel bei der Bereitstellung hochauflösender Videodaten oder bei der Speicherung relevanter Ergebnisse und Referenzbilder zur Archivierung auf lokalen Datenträgern oder über das Netzwerk. Die Intel-Core-Ultra-Prozessoren bieten hierfür mehrere PCIe-x4-Schnittstellen mit einer Bandbreite von jeweils bis zu 64 Gigabit/s sowie schnelle USB 3.2-Ports mit bis zu 10 Gigabit/s. Über die PCIe-x4-Schnittstellen können auch PCIe-Highspeed-Kameras mit geringer Latenz angeschlossen werden.

Die schnelle Netzwerkanbindung erfolgt typischerweise über 2,5/10-Gigabit-Ethernet-Controller, die durch die PCIe-Gen4-Unterstützung der CPU auf einfache Weise mit maximalem Datendurchsatz angebunden werden können. Interessant für hochintegrierte Systeme ist auch die USB4-Unterstützung: Gerade bei kleinen Geräteabmessungen ist es sinnvoll, mehrere High-Speed-Schnittstellen über einen sehr kompakten USB-C-Stecker zu bündeln.

Um Embedded-Anwendungen das volle Potenzial der CPUs zur Verfügung zu stellen, wird ein ebenso leistungsfähiger Modul-Standard benötigt. Ein von bremsenden Altlasten befreiter Standard ist COM-HPC (Computer-On-Module High Performance Computing). Er wurde von der PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) definiert und richtet sich an Applikationen, die eine hohe Rechenleistung, umfangreiche Anschlussmöglichkeiten und eine kompakte Bauweise erfordern. COM-HPC Mini ist die jüngste Erweiterung dieser Familie und bietet die gleiche Leistung wie die größeren COM-HPC-Client-Versionen, jedoch in einem deutlich kleineren Formfaktor. Erreicht wird dies durch eine besonders hohe Integrationsdichte und den Einsatz von gelöteten Speicherchips.

Die kleinen Abmessungen des COM-HPC-Mini-Formfaktors (95 mm × 70 mm) bieten einen wesentlichen Vorteil für die Realisierung sehr kompakter KI-Lösungen, stellen aber auch  hohe Anforderungen an die Modulhersteller. Das Embedded-Modul TQMxCU1-HPCM von TQ zeigt, wie mit hoher Entwicklungskompetenz, eigener Fertigung und langjähriger Erfahrung im Modul- und Systemdesign innovative Produkte mit leistungsfähigen Prozessoren entstehen können.

Unterstützt werden Intel-Core-Ultra-5- und Intel-Core-Ultra-7-Prozessoren mit 15 W TDP bzw. 28 W TDP, was eine breite Skalierbarkeit und hohe Flexibilität gewährleistet. Im Zusammenspiel mit weiteren Designmaßnahmen führt dies zu einem sehr energieeffizienten Moduldesign. Zur optimalen Wärmeabfuhr bietet das Unternehmen entsprechende Kühllösungen an, auch lüfterlose Systeme können realisiert werden. Die hauseigene Elektronikfertigung in Deutschland sichert nicht nur eine sehr hohe Fertigungsqualität auf Modulseite, sondern bietet auch die passenden Ressourcen für COM-HPC Mini Carrierboards – sowohl für Standardprodukte als auch für kundenspezifische Lösungen.

Insgesamt stellt COM-HPC Mini eine bedeutende Innovation für KI-Applikationen dar, die sowohl eine Leistungssteigerung als auch eine größere Flexibilität bei der Systementwicklung ermöglicht. Die Technologie ist gut positioniert, um die wachsenden Anforderungen der KI- und Bildverarbeitungsindustrie zu erfüllen und könnte in den kommenden Jahren eine zentrale Rolle in einer Vielzahl von Anwendungen spielen. (neu)