SBC, CoMs, Boards: Das sind die aktuellen Trends

Die COM-HPC-Client-Module der Familie MSC HCA-RLP integrieren einen 13.-Gen.-Intel-Core-Prozessor (früherer Codename „Raptor Lake“) und sind in Bezug auf Rechenleistung und Energieeffizienz skalierbar. Die Intel Performance Hybrid Architecture kombiniert Performance-cores und Efficient-cores und verfügt über bis zu vierzehn Cores und zwanzig Threads bei einer Thermal Design Power (TDP) von 45 / 35 W. Für Anwendungen, die eine niedrige Verlustleistung benötigen, können einzelne Prozessorvarianten bei 12 W TDP betrieben werden. Die integrierte Intel Iris Xe Architecture Graphics mit bis zu 96 Execution Units (EUs) stellt eine hohe Grafikleistung sicher.

Geeignet sind die Module für den Einsatz im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 °C und für einen 24/7 Dauerbetrieb. Darüber hinaus spielt für Industrieanwendungen die Unterstützung von Time Sensitive Networking (TSN), Intel Time Coordinated Computing (TCC) und Speicher mit In-Band Error Correction Code (IBECC) eine wichtige Rolle.

Das Unternehmen bietet Intel-Core-Prozessoren der 13. Generation auf den Modulstandards COM-HPC, COM Express Basic (125 mm × 95 mm) und COM Express Compact (95 mm × 95 mm) an. Die beiden Standards COM Express und COM-HPC bieten eine skalierbare Performance und eine Migration hin zu zukünftigen Technologie Upgrades.

Die Auswahl an Hochgeschwindigkeitsschnittstellen umfasst u. a. bis zu acht PCIe Gen 3 Lanes, bis zu acht PCIe Gen 4 Lanes und einem optionalen PEG 1 × 8 Port basierend auf PCIe Gen 5. Die beiden Ethernet Interfaces basieren auf dem Intel-i226-Netzwerkcontroller und liefern bis zu 2,5 GbE Bandbreite. Zusätzlich sind USB 4, USB 3.2 und USB 2.0 Ports und zwei UARTs vorhanden. An Grafikschnittstellen stehen drei DisplayPort / HDMI-Schnittstellen und ein Embedded DisplayPort Interface zur Verfügung. Insgesamt können bis zu vier unabhängige Displays angesteuert werden. Über zwei SAT- 6-Gb/s-Kanäle lassen sich Massenspeicher anbinden. Optional können die Baugruppen mit einer NVMe SSD einer maximalen Kapazität von 1 TB ausgestattet werden.

Für datenintensive Anwendungen ist die auf den Modulen implementierte schnelle DDR5-4800-Speichertechnologie mit bis zu 64 GB über SO-DIMM gerüstet.

Die Baugruppen der skalierbaren Modulfamilie MSC SM2S-ALN integrieren die Prozessoren Intel Atom x7000E Series, Intel Core i3 bzw. Intel N Series (früherer Codename „Alder Lake N“), die je nach Prozessortyp eine niedrige Thermal Design Power (TDP) zwischen 6 und 15 W aufweisen. Zur Skalierung der Rechen- und Grafikleistung stehen zwei, vier oder acht CPU Cores zur Verfügung. Mit dieser Modulfamilie bietet das Unternehmen die neue Intel-Atom-x7000E-Prozessortechnologie auch im COM-Express-Type-6-Compact-Formfaktor an.

SMARC-Modulfamilie basierend auf Intel-Atom-x7000E-Series-Prozessoren mit bis zu acht Cores

Die CPU-Architektur basiert auf Efficient-cores und auf der Intel-UHD-Grafik mit bis zu 32 Execution Units (EUs), die bereits bei der 12. Generation Intel-Core-Prozessoren genutzt werden und einen Wechsel über unterschiedliche CPUs mit verschiedenen Leistungsdaten erleichtern. Die EUs unterstützen darüber hinaus KI-Anwendungen. Die Module unterstützten auch das OpenVINO-Toolkit von Intel.

Bis zu drei unabhängige 4k-Displays können angesteuert werden. An Schnittstellen sind 2 × DisplayPort++, eDP 1.4b/MIPI-DSI/Dual-channel LVDS, PCIe Gen 3, 2 × USB 3.1 (10 Gb/s), 6 × USB 2.0 und Dual Gigabit Ethernet (Intel i226) mit einer Bandbreite von bis zu 2,5 GbE vorhanden. Massenspeicher können über ein optionales on-board eMMC Memory mit bis zu 256 GB realisiert und extern über einen SATA-III-6-Gbps-Kanal angeschlossen werden.

Speziell für Netzwerkanwendungen werden TSN (Time-sensitive Networking) und Intel TCC (Time Coordinated Computing) unterstützt. Die Baugruppen sind mit on-board LPDDR5-5200 Speicher mit einer maximalen Speicherkapazität von bis zu 16 GB und in-band-ECC- Fähigkeit bestückt.

Avnet Embedded entwickelt und fertigt die Embedded-Module in unternehmenseigenen Design Centern und in hochautomatisierten Produktionsstätten. Die Computer-on-Modules sind mindestens fünfzehn Jahre Langzeit verfügbar.

Das Produktprogramm reicht nun von High-Performance COM-HPC-Server-on-Modulen bis hin zu den sehr kompakten COM-HPC-Client-on-Modulen, die kaum größer als eine Kreditkarte sind. Die ersten High-Performance COM-HPC-Mini-Module, die nach der endgültigen Ratifizierung der neuen Spezifikation durch die PICMG offiziell vorgestellt werden, sind mit den Intel-Core-Prozessoren der 13. Generation (Codename Raptor Lake) bestückt.

Zusammen mit den kürzlich vorgestellten leistungsstarken Computer-on-Modulen mit Intel-Core-Prozessoren der 13. Generation auf COM-HPC Client Size A und Size C steht Entwicklern auf COM-HPC nun die gesamte Bandbreite dieser neuen Prozessorgeneration zur Verfügung. Dank aktueller Konnektivität eröffnet der COM-HPC-Standard Entwicklern neue Möglichkeiten in Bezug auf Datendurchsatz, I/O-Bandbreite und Leistungsdichte, die mit COM Express nicht erreicht werden können. Die COM-Express-3.1-konformen Module von Congatec mit Intel-Core-Prozessoren der 13. Generation tragen hingegen vor allem dazu bei, Investitionen in bestehende OEM-Designs zu sichern, indem sie beispielsweise Upgrade-Optionen für mehr Datendurchsatz dank PCIe Gen 4-Unterstützung bieten.

Der Formfaktor COM-HPC Mini adressiert in erster Linie sehr kompakte Hochleistungsdesigns wie Hutschienen-PCs oder robuste Handhelds und Tablets. COM-HPC Mini ermöglicht nun auch den Umstieg von COM Express auf COM-HPC, um die neuesten Schnittstellentechnologien nutzen zu können. Der bisher kleinste COM-HPC Footprint – COM-HPC Size A – ließ dies nicht zu: Mit 95 mm × 120 mm (11.400 mm²) ist dieser fast 32 % größer als der Formfaktor COM Express Compact, der 95 mm × 95 mm (9.025 mm²) misst. Das sind 25 mm zu viel, um bestehende COM-Express-Designs auf COM-HPC zu migrieren. Da COM Express Compact der am weitesten verbreitete COM-Express-Formfaktor ist und nur im High-End-Bereich derzeit der noch größere COM-Express-Basic-Formfaktor verwendet wird, sahen sich viele Entwickler mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert – allein schon mit Blick auf die Abmessungen des Systemdesigns.

Portwell bringt eine Reihe von Industrie-Motherboards, COM-Express-/COM-HPC-Modulen und eingebetteten Systemen heraus, die mit Intel-Core-Prozessoren der 13. Generation entwickelt wurden. Die SBCs, industriellen Motherboards und eingebetteten Systeme wurden gebaut, um die Socket-Type-Prozessoren Intel Core i9/i7/i5/i3 mit bis zu 24 Kernen und 32 Threads zu unterstützen, während die COM-Express- und COM-HPC-Module verlötete Prozessoren mit bis zu 14 Kernen und 20 Threads unterstützen.

Die neue Produktreihe unterstützt DDR5-Speicher, bietet eine erhöhte Bandbreite und verbesserte Fehlerkorrekturfunktionen, wodurch schnellere Datenübertragungsraten und eine Verringerung der Fälle von Datenkorruption ermöglicht wird. Zusätzlich verfügen diese neuen Produkte über PCIe 5.0, das eine Verdoppelung der Bandbreite von PCIe 4.0 mit sich bringt und bis zu 32 Lanes unterstützen kann, was wesentlich schnellere Datentransferraten und eine verbesserte Systemreaktion bedeutet.

Das mITX-Motherboard K3931-N mITX basiert auf Intel-Core-i3-Prozessoren sowie Intel-Prozessoren der Serie N mit UHD Gen12-Grafik. Damit erweitert Kontron seine Produktfamilie kompakter, stromsparender Motherboards „Designed and Made in Germany“. Das K3931-N mITX ist in vier Varianten mit unterschiedlichen CPUs verfügbar und eignet sich insbesondere für den Einsatz in den Bereichen Casino Gaming, Digital Signage, Kiosk, POS/POI, Ticketing sowie für Anwendungen in der Industrie und Medizintechnik.

Die Intel-Core-i3- sowie die Intel-Prozessoren der Serie N setzen neue Maßstäbe für x86-Prozessoren im Leistungsbereich von 6 bis 15 W. Sie verwenden dieselben Efficient-Cores und Intel-UHD-Grafikprozessoren wie die Intel-Core-Prozessoren der 12. Generation, die auf der Xe-Architektur basieren. Dadurch wird die Portierung von Anwendungen und Lösungen über Intel-CPU-Performance und Leistungsbereiche hinweg erleichtert. Die Unterstützung von Intel AVX2 und Intel Deep Learning Boost – in Kombination mit bis zu 32 Execution Units – sorgt für beschleunigte Deep-Learning-Inferenz und Medienverarbeitung für unterschiedliche Edge-Anwendungen.

Das K3931-N mITX ist mit bis zu drei DisplayPorts V1.4a, einem Embedded DisplayPort V1.4b (4K) sowie einem Dual-Channel LVDS (24bit) ausgestattet und unterstützt bis zu drei unabhängige Displays mit 4K-Auflösung (2 × 4K + 1 × FHD). Es verfügt über Erweiterungssteckplätze für PCIe und zwei M.2-Anschlüsse sowie über weitere Schnittstellen, darunter GPIO, vier COM-Ports und vier USB 3.2 Gen2. Zudem unterstützt es ccTalk. Als Memory kommt ein SODIMM-Sockel für DDR5-Speicher mit bis zu 32GB zum Einsatz. Das Motherboard ist für den 24/7-Dauerbetrieb und einen Temperaturbereich von bis zu 60 °C konzipiert.

Je nach Anforderung an die Rechenleistung stehen vier Versionen zur Verfügung. Die Variante N6 ist mit dem Intel-Core-i3-N305-Prozessor (Octa-Core, 1,0 bzw. 1,8/bis zu 3,8 GHz @9 bzw. 15 W) ausgestattet, das K3931-N4 mit dem Intel N200 (Quad-Core, 1,0/bis zu 3,7 GHz @6 W). Eine weitere Variante ist das N2, das den Quad-Core-Prozessor Intel N97 (K3931-N2, 2,0/bis zu 3,6 GHz @12 W) bietet. Die Variante N1 verfügt über einen Intel-N50-Prozessor (Dual-Core, 1,0/bis zu 3,4 GHz @6 W).

System-on-Module auf 30 mm × 30 mm mit dual GbE-LAN und TSN-Funktionalität

Das System-on-Module OSM-S i.MX8M Plus von Kontron ist mit einem 1,6-GHz-Quad-Core- sowie einem AI-Prozessor, 64 GB eMMC und 4 GB LPDDR4-RAM ausgestattet. Dieses SoM bietet im OSM-Formfaktor Size S den i.MX8M Plus Prozessor mit zwei GbE- und zwei CAN-Schnittstellen. Das direkt auflötbare Modul ohne Steckverbindungen lässt sich maschinell bestücken, testen und programmieren.

Digitale I/Os und serielle Kommunikationsschnittstellen sowie PWM und zwei SDIO-Schnittstellen prädestinieren das SoM für Industrie-4.0-Anwendungen. Die neueste Prozessor- (4 ×Arm Cortex-A53, 1 × Arm Cortex-M7) und Speichertechnologie (LPDDR4) kann für individuelle Board- und Applikationsentwicklungen eingesetzt werden. Die RISC (Reduced Instruction Set Computer) -Prozessoren der Arm-basierten CPU sind die Basis für kostensensitive Embedded-Anwendungen mit einer hohen Energieeffizienz bei gleichzeitig hoher Rechen- und Grafikleistung.

Das Modul stellt Prozessor- und Grafikeinheit, Arbeits- und Programmspeicher sowie alle Signale gemäß OSM-Standard zur Verfügung. Der NXP i.MX8M Plus SOC verfügt über eine integrierte Neural Processing Unit (NPU), einen 2,3-TOPS-KI-Prozessor. Die Vorteile des Prozessors liegen in der universellen Programmierbarkeit, der schnellen Mustererkennung sowie einem geringen Energieverbrauch. Der i.MX8-Anwendungsprozessor ist Teil der EdgeVerse-Plattform von NXP. Diese stellt skalierbare und sichere Edge-Computing-Lösungen für Edge-Anwendungen in den Bereichen IoT und Industrie 4.0 bereit.

Der integrierte Cortex-M7-Prozessorkern ermöglicht über die duale CAN-Schnittstelle sowie das duale GbE Steuerungen in Echtzeit. Ein LAN-Port unterstützt den Time-Sensitive-Networking-Standard (TSN) für die Echtzeit-Datenübertragung.

Das COM-Express-Compact-Modul Euphoria von Seco mit den Prozessoren Intel Atom x6000E Series, Intel Pentium und Celeron N und J Series ausgestattet. Dieses Modul wurde für kostengünstige Anwendungen mit x86-Architektur entwickelt. Es eignet sich für den Einsatz in Geräten mit begrenztem Platzangebot.

Diese Anschlussmöglichkeiten stehen zur Verfügung: 4 × USB 3.2 Gen 1 und 8 × USB 2.0 Host Ports; 1 × 2,5-Gigabit-Ethernet-Schnittstelle mit MaxLinear GPY211/215 GbE Controller; bis zu 6× PCI-e Gen3 Lanes. Eine Reihe von seriellen Schnittstellen wie UART, I²C, SPI und CAN, bieten zusätzliche Anbindungen mit niedrigerer Geschwindigkeit. Das Board bietet bis zu 32 GB DDR4-3200 über zwei DIMM-Steckplätze. Zu den Speicheroptionen gehören ein verlöteter eMMC 5.1-Flash-Speicher und 2 × SATA-Gen-3-Schnittstellen. Ein optionales Trusted Platform Module (TPM 2.0/1.2) ermöglicht sicheres Computing.

Der Intel-Gen11-UHD-Grafikcontroller mit bis zu 32 Ausführungseinheiten bietet Multimedia-Funktionen. Euphoria unterstützt bis zu drei unabhängige Displays: 2 × Digital Display Interfaces (DDIs), konfiguriert als DVI, DP 1.4 oder HDMI 1.4; und 1 × eDP 1.3 oder Single/Dual-Channel 18-/24-Bit LVDS-Interface (werkseitige Option). Alle Display-Konfigurationen unterstützen bis zu 4K-Video mit Ausnahme von LVDS, das bis zu 1080p unterstützt. Das Board bietet auch eine HD-Audio-Schnittstelle und unterstützt die Betriebssysteme Microsoft Windows 10 IoT Enterprise LTSC und Yocto Kirkstone.

Das Modul ist vollständig konform mit der PICMG-COM-Express-3.1-Modulspezifikation. Dies gewährleistet eine einfache Integration und Kompatibilität mit einer breiten Palette von Baseboards, die anwendungsspezifische E/As bereitstellen.

Saylor von Seco ist ein Single-Board-Computer im 3,5-Zoll-Formfaktor, basierend auf dem Rockchip-RK3568-Prozessor, der für verschiedene Anwendungen mit einfachen KI-Algorithmen eingesetzt werden kann. Das SBC wurde speziell für Anwendungen in der Fahrzeugsteuerung, Digital Signage und Verkaufsautomaten sowie für Netzwerk-Videorekorder (NVR) designt.

Der integrierte G52-2EE-Grafikprozessor unterstützt die Dekodierung von bis zu 4K-Videos und die Kodierung von 1080P. Eine integrierte Video Processing Unit (VPU) bietet hardwarebeschleunigte Dekodierung/Kodierung vieler Videokompressionsstandards (H.264, VP8, VP9, MPEG-4/MPEG-2/VP8). Daneben unterstützt die integrierte Neural Processing Unit (NPU) gängige Deep Learning Frameworks wie TensorFlow, Caffe, Pytorch und Onnx.

Der SBC bietet folgende Anschlussmöglichkeiten: 2 × Gigabit-Ethernet-Ports, ein optionales M.2-1216-Modul für drahtlose Netzwerke (WLAN) 802.11 a/b/g/n/ac + BT 5.0 und M.2 Socket 2 Key B für LTE-Modul mit integriertem microSIM-Slot. Außerdem bietet das Board 2 × USB 3.0, 3 × USB 2.0 und 1 × USB-OTG-Schnittstellen; 2x 4-Kabel RS-232 / RS-422 / RS-485 UARTs; TRRS Combo-Audio-Buchse (Stereo-Mikrofoneingang, Stereo-Line-Ausgang) und Mono-Lautsprecherausgang, 8 × GPIO, 2 × CAN und mehr. Der SBC enthält dazu einen M.2 Socket 2 Key M für AI-Beschleunigungsmodule und bis zu zwei MIPI-CSI-Kameras. Es kann bis zu drei unabhängige Displays ansteuern - HDMI und eDP bis zu 4K Auflösung und LVDS bis zu einer 1080p-Auflösung. Das Board bietet bis zu 4 GB gelöteten DDR4-3200-Speicher. Der Massenspeicher wird durch einen eingelöteten eMMC-5.1-Flash-Speicher bereitgestellt, der als primäres Boot-Medium fungiert. Ein microSD-Steckplatz bietet ein sekundäres Boot-Medium. I²C- und QSPI-Flash wird ebenfalls unterstützt.

Maury von Seco ist ein SMARC-Rel. 2.1.1-konformes Modul mit NXP-i.MX-93-Prozessor. Das Modul bietet kabelgebundene sowie kabellose Schnittstellen. Dazu gehören zwei Gigabit-Ethernet-Schnittstellen und ein optionales on-board gelötetes M.2 1216 WiFi/BTLE-Modul, eine USB 2.0 OTG, bis zu vier USB 2.0, zwei CAN, vier UART, eine MIPI-CSI sowie eine I²S- Schnittstelle. Als Speichereinheit verwendet das Modul einen LPDDR4X/LPDDR4-3200 mit bis zu 2 GB.

Die in den i.MX-93-Prozessor eingebaute Neural Processing Unit (NPU) hat eine Leistung von 0,5 TOP/s für Schlüsselworterkennung, Rauschunterdrückung, Beamforming, Deep Speech 2- und Bilderkennung (z. B. ResNet-50). Darüber hinaus können dank der hohen Kompatibilität Netzwerkmodelle, die auf einer Reihe von Frameworks wie TensorFlow, MXNet, PyTorch oder Caffe basieren, leicht konvertiert werden.

Für den Anschluss eines Displays stehen die Videoschnittstellen LVDS Single Channel mit Auflösungen von bis zu 720p60 und MIPI_DSI oder eDP mit Auflösungen von bis zu 1080p60 zur Verfügung. Kameras sind über MIPI_CSI anschließbar. Die Größe des Moduls beträgt 82 mm × 50 mm und es kann in Temperaturbereichen von -40 bis +85 °C eingesetzt werden. Als Betriebssystem verwendet es Linux (Yocto). Zu einem späteren Zeitpunkt kommen Betriebsysteme wie Ubuntu (Debian) und Windows 10 IoT-Enterprise hinzu.

TQ stellt zwei Embedded-Module auf Basis des i.MX93 sowie einen Single-Board-Computer (SBC) und ein Evaluations-Board vor. Das neue LGA-Modul TQMa93xxLA und das funktionskompatible Steckmodul TQMa93xxCA bieten sich als Upgrade-Pfad für Anwendungen an, die bislang i.MX-6UL-Designs nutzen und jetzt mehr Performance, Grafik und KI benötigen. Entsprechend ausgestattet sind die neuen i.MX-93-Prozessoren mit bis zu zwei Cortex-A55-Kernen und der Ethos-U65 microNPU von Arm zur Beschleunigung des maschinellen Lernens (ML). Hinzu kommen noch ein Cortex-M33-Prozessorkern für zeitkritische Echtzeitanwendungen, die „EdgeLock Secure Enclave“ für die Security und eine 2D-GPU zur Visualisierung.

Beide Module sind mit LPDDR4-, Quad-SPI-NOR-Flash- und eMMC ausgestattet und verfügen optional über eine externe Real-Time-Clock (RTC), ein User-EEPROM, einen Temperatursensor, einen Security-Chip und einen Gyroscope-Sensor zur Lagebestimmung.

Angepasst an die zahlreichen Einsatzmöglichkeiten der TQMa93xx-Module entwickelte TQ parallel zu den Modulen auch zwei passende Mainboards. Das 170 mm x 170 mm große MBa9xxxCA dient zu Evaluierung beider Modultypen. Der 160 mm x 100 mm große SBC MBa9xxxLA verfügt über vielfältige Schnittstellen und ist als Industrie-Board einsetzbar: angefangen bei smarten HMI-Lösungen in der Gebäudeautomation über dezentrale Intelligenz zur Steuerung von Funktionen bis hin zu Echtzeit-Aufnahme von Sensordaten in der Automatisierung.

Die neuen Intel-Module

Das neue SMARC-2.1-kompatible Embedded-Modul TQMxE41S setzt auf die von Intel zu Jahresbeginn 2023 vorgestellten Prozessoren der Atom x7000E-, Core i3-N305- und Prozessor N-Serie. Damit ergänzt das Unternehmen sein Embedded-Modulangebot um zehn neue Prozessorvarianten, die in einem Pin-kompatiblen Design den CPU-Leistungsbereich 6 bis 15 W abdecken.

Die neue Gracemont-CPU-Mikroarchitektur sowie die integrierte Intel-UHD-Grafik Gen12 mit bis zu 32 Execution Units setzen neue Maßstäbe in den Bereichen Leistungseffizienz, CPU-Single-Thread/Multi-Thread-Performance wie auch bei Multimedia und KI in dieser besonders kleinen Bauform. Erstmals werden in diesem Leistungssegment AVX256 und erweiterte KI-Befehlssätze (VNNI) sowie Deep-Learning-Boost von Intel unterstützt. Zusammen mit den erweiterten Security-Features inklusive TPM 2.0 ist das Modul auch besonders gut geeignet für Anwendungen in den Bereichen Gesundheitswesen, IoT, Retail sowie Video & Conferencing.

Noch mehr Performance bieten die neuen Intel „Alder Lake-P“-basierten COM-Express-Module der TQMx120-Familie (12 bis 45 W Klasse) mit ihrer Hybrid-Technologie für höchste Effizienz mit bis zu 14 Cores, starker Grafik und KI-Boost.

Die neuen Texas-Instruments-Module

Die TQMa62xx-Module auf Basis von Texas Instruments Sitara AM62x sind für die Entwicklung von Linux-Anwendungen konzipiert. Mit skalierbarer Arm-Cortex-A53 Rechenleistung (bis zu vier Cores) und eingebetteten Funktionen wie Dual-Display-Unterstützung und 3D-Grafikbeschleunigung, Safety-Support sowie umfangreicher Peripherie, ist das Modul für eine Vielzahl von Anwendungen interessant, dazu zählen: HMI, POS, Telematik, V2X-Kommunikation (Fahrzeug zu Infrastruktur) und Medizintechnik.