Aufgrund der ständigen Fortschritte in der Halbleiterindustrie wird die Anzahl der Transistoren auf einer gegebenen Chipfläche in etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Wegen dieser kontinuierlichen Effizienzsteigerung lassen sich zusätzliche x86er-Prozessorkerne und weitere Funktionalitäten direkt in die Prozessoren integrieren. Doch trotz verbesserter Leistung und Energieaufnahme konnte ein Bereich des Embedded-Computing-Sektors bis jetzt nicht mit dem rasanten Fortschritt mithalten: die Grafikleistung. Da aber die Embedded-Computing-Technologie aufgrund ihrer Attraktivität auch neue vertikale Märkte wie Multimedia-Content-Delivery, Kiosk, POI/POS und Gaming erobert, benötigen OEMs Lösungen, die den Anforderungen dieser grafikintensiven Anwendungen gerecht werden und neben einer hohen Grafikleistung auch die Unterstützung neuer Programmierschnittstellen wie DirectX 11 bieten.

Neue Processing Units

Embedded Boards und Module mit der neuen AMD-Embedded-G-Series-Plattform erfüllen diese Anforderungen. Und das bei einem geringen Platz- und Energiebedarf. Die AMD-Embedded-G-Series ist die erste Plattform, die die neuen Fusion APUs (Accelerated Processing Units) integriert, welche die Rechenleistung der x86er-Technologie mit der parallelen Rechenkraft einer GPGPU (General Purpose Graphics Processing Unit) in einer Recheneinheit kombiniert. Damit können OEMs jetzt Small-Form-Faktor(SFF)-
Applikationen entwickeln, die bisher im Leistungsbereich von leistungsstarken Multicore-Designs angesiedelt waren. Die neuen Lösungen integrieren neben einem Single- oder Dual-Core-AMD-64-Prozessor auch eine DirectX11-fähige Grafikeinheit im Leistungsbereich einer dedizierten Grafikkarte, einen dedizierten UVD-3.0-HD-Video-Beschleuniger sowie Controller für DDR3-Speicher- und PCI Express 2.0. Insgesamt umfasst die Prozessor-Plattform fünf verschiedene APUs, angefangen beim AMD T44R mit 1,0-GHz-Single-Core-AMD-64-CPU mit einem TDP (Thermal Design Power) von 9 W bis hin zum AMD T56N mit 1,6-GHz-Dual-Core-CPU und 18 W TDP. Aufgrund des breiten Performancespektrums der Plattform können OEMs die Leistung und Energieaufnahme auf die jeweiligen Applikationsanforderungen ausrichten. Zudem können Kunden so auch auf Basis einer einzigen Embedded-Plattform eine komplette Produktserie, von der Einstiegsvariante bis hin zur High-End-Lösung, umsetzen. Betriebssystem und Applikationssoftware müssen nicht für verschiedene Chipsätze angepasst werden, sondern können ein und dieselbe Softwarekonfiguration für alle Geräte übernehmen. Das reduziert nicht nur den Entwicklungsaufwand sondern verkürzt auch die Markteinführungszeit und verkleinert die Total Cost of Ownership.

Aufgrund ihrer geringen Verlustleistung von 9 oder 18 W eignet sich die Prozessor-Plattform für lüfterlose und robuste Low-power-Applikationen wie Infotainment- und Kiosksysteme sowie digitale Werbetafeln. Auch mobile Applikationen, wie Panel-PCs für Medizin und Logistik, profitieren von den Energiesparfunktionen der APUs durch die reduzierte Energieaufnahme und längere Akkulaufzeiten. Diese Funktionen schließen sowohl den Prozessor, als auch die Grafikeinheit ein und erhöhen so die Einsparungen.

Grafikleistung wie eine dedizierte Grafikkarte

Alle Boards und Module auf Basis der Prozessor-Plattform bieten unabhängig von der gewählten Leistungsvariante eine Grafikfunktionalität die sich auf dem Niveau einer dedizierten Grafikkarte bewegt. Mit DirectX11-Unterstützung beschleunigen sie alle konventionellen grafikintensiven SFF-Applikationen. Neben DirectX 11 unterstützt die integrierte AMD-Radeon-HD6310-Grafik auch OpenGL 4.0 und bietet damit hohe Performance bei der Wiedergabe von 2D- und 3D-Inhalten mit hohen Frameraten und Auflösungen von bis zu 2560 mal 1600 Pixeln. Das ermöglicht kosteneffiziente, platzsparende Designs mit einer hohen Grafikleistung, ohne dass dafür eine dedizierte Grafikkarte eingesetzt werden muss.

Der Universal Video Decoder 3.0 entlastet zudem die CPU beim Dekodieren von Video-Streams. Die neuen AMD-Fusion-Prozessoren können sowohl 1080p-BluRay-Videos mit HDCP als auch HD-MPEG-2- und DivX-(MPEG-4)-Videos dekodieren. Die neue AMD-Plattform ermöglicht auch die Dekodierung von drei HD-Videos gleichzeitig. Das Schnittstellenangebot, das Displayport, DVI und HDMI sowie die Embedded-Schnittstellen LVDS und VGA integriert, ermöglicht den Betrieb von bis zu vier Displays. So lassen sich beispielsweise kosteneffiziente Multi-Monitor-Systeme umsetzen.

Parallele Datenverarbeitung

Ein weiteres Anwendungsfeld, für das die Boards und Module auf Basis der neuen Prozessor-Plattform gut geeignet sind, sind Applikationen die auf parallele Rechenleistung setzen. Hierzu zählen beispielsweise Echtzeit-Mustererkennungs-Verfahren, wie sie in der Qualitätskontrolle, in der Analyse von Sonar- oder Radardaten, bei der Videoüberwachung oder in der medizinischen Bildverarbeitung bei der Rekonstruktion von 3D-Röntgenbildern oder der Detektion von Anomalien zum Einsatz kommen. Diese Applikationen benötigen zahlreiche Rechenkerne, um die verschiedenen Datenströme parallel bearbeiten zu können. Traditionelle CPU-Architekturen und Entwicklungswerkzeuge sind aber für die sequenzielle Datenverarbeitung optimiert. Für die datenintensive parallele Datenverarbeitung sind diese Prozessoren deshalb nicht ideal geeignet.

Getrieben von immer anspruchsvolleren 3D-Spielen im Konsumermarkt haben sich moderne Grafikkarten zu leistungsstarken, programmierbaren Vektorprozessoren gewandelt, die auch ein breites Spektrum anderer Softwareanwendungen beschleunigen können. Diese sogenannten General Purpose GPUs sind deshalb nicht mehr nur für den Konsumermarkt interessant. Mit der neuen Prozessor-Plattform halten sie auch im Embedded-Markt Einzug. Leistungsstarke APIs wie DirectX und OpenGL erleichtern schon länger die Entwicklung von grafikintensiven Applikationen. Zuletzt machten neue Werkzeuge wie Directcompute und OpenCL auch die Rechenkapazität der programmierbaren GPU-Kerne verfügbar. Bis heute hatten Applikationsentwickler allerdings keinen Zugriff auf Embedded-Lösungen, die diese Technologie verfügbar machten. Mit der Prozessor-Plattform ändert sich das nun. OEMs können die parallele Rechenleistung der integrierten AMD-Radeon-6310-GPU für ihre Applikationen nutzen. Damit addiert sich diese Verarbeitungskapazität zu der vorhandenen Performance des Small-Form-Faktor-Embedded-Designs und ermöglicht ein gutes Performance-pro-Watt-Verhältnis.

Durch das Implementieren der neuen Prozessoren auf den am meisten verbreiteten Formfaktoren für grafikintensive Applikationen, wie Computer-on-Modules, Small Form Factor, SBCs und Motherboards, macht Kontron die Architektur für die Applikationsentwicklung verfügbar. OEMs und Systemintegratoren profitieren damit von den breit skalierbaren und validierten Plattformen mit fortschrittlichen Funktionen durch einen verringerten Entwicklungsaufwand, reduzierten Design-Risiken und eine kürzere Time-to-Market für grafikintensive oder daten-parallele Applikationen.

Eine einzige Programmierschnittstelle für alle zukünftigen Plattformen

Mit der Verfügbarkeit der neuen Prozessorgeneration auf einer wachsenden Anzahl von Boards, Systemen und Plattformen stehen OEMs vor der Herausforderung, die sich mit jedem neuen Prozessor stellt: Die Implementierung der neuen Technologie in neuen und bestehenden Applikationen, einschließlich der Validierung und Verifizierung aller Funktionalitäten, Hardwarefunktionen und I/Os. Um den Aufwand für Forschung und Entwicklung sowie Kosten und Markteinführungszeiten zu verkürzen suchen OEMs deshalb nach Möglichkeiten, um ihre initialen Entwicklungs- und Migrationsaufwendungen zu reduzieren.

Die Migration wird außerdem komfortabler und kosteneffizienter, wenn die Plattformen bereits standardisierte und einheitliche Softwareinterfaces zur Hardware bereitstellen, wie etwa EAPI (Embedded Application Programming Interface) der PICMG oder IPMI. Da so der Zugriff auf die Hardwarefunktionalitäten nicht signifikant geändert werden muss. Aber solche Interfaces sind auf dedizierte Funktionalitäten und Formfaktoren beschränkt.

Potenziale erschließen

Es gibt, was die Standardisierung angeht, also noch Potenzial nach oben, um die Migration komfortabler, effizienter und kostengünstiger zu gestalten. Um dieses Potenzial zu erschließen, hat Kontron die plattformübergreifende Middleware Kontron EAPI entwickelt, die komplett unabhängig von Formfaktoren und Betriebssystemen ist. Sie ist konform zum EAPI der PICMG, wie es in der neuesten COM-Express-Spezifikation COM.0 Rev. 2, spezifiziert wurde, bietet aber einen erweiterten Funktionsumfang. Dieser umfasst zusätzliche Funktionsaufrufe beispielsweise für grundlegende Systeminformationen (zum Beispiel CPU, Speicher, HDD, Akku), Temperatur- und Spannungsanzeigen, CPU-Leistung und Temperaturkontrolle. Diese Softwareschnittstellen zur Hardware können leicht in jede höhere Programmierumgebung, beispielsweise auf Basis von C++ oder Java, eingebunden werden, was die Software- und Applikationsentwicklung erleichtert. Darüber hinaus können Entwickler ihr Know-how bei der Migration auf andere Kontron-Plattformen weiter nutzen. Das reduziert nicht nur den Aufwand für die Validierung und Verifizierung, sondern verkürzt auch die Markteinführungszeit. Darüber hinaus bietet das einheitliche API auch Funktionen zur Fernsteuerung und Fernüberwachung, was den Service verbessert, die Wartung vereinfacht und zu einer günstigeren Total-Cost-of-Ownership beiträgt. OEMs können das EAPI auch dazu nutzen, zusätzlichen Mehrwert für ihre Kunden zu schaffen, beispielsweise durch die Fernüberwachung der Hardware und erweiterte Service- und Wartungsangebote.

Norbert Hauser

: Norbert Hauser ist Executive Vice President Marketing der Kontron AG.

(mf)

Sie möchten gerne weiterlesen?

Unternehmen

KONTRON S&T AG

Lise-Meitner-Straße 3-5
86156 Augsburg
Germany