Congatec Boards & Module mit Gen 7 Intel Core-CPUs
Optane Orkan
Die neuen Intel Core Prozessoren der siebten Generation, die congatec auf Thin Mini-ITX Motherboards, COM Express Modulen und kundenspezifisch entwickelten Plattformen anbietet, bringen mit ihrer überarbeiteten 14nm Mikroarchitektur zahlreiche Verbesserungen für Embedded Systeme. Neben den üblichen Verbesserungen bei CPU, GPU und Energieeffizienz ist das extrem schnelle Intel Optane Memory die technologisch wohl interessanteste Innovation.
Bild: congatec AGIntel Optane ist eine neue, auf der 3D Xpoint Technologie basierende Speichertechnik, die Systemen mit der 7ten Generation der Intel Core Prozessoren eine ganz neue Reaktionsgeschwindigkeit verleiht. Der neue Speicher ist auf Durchsatz optimiert und sorgt für einen Performanceboost des gesamten Systems. Wird er parallel zu HDDs oder SSDs eingesetzt, booten Systeme besonders schnell, starten Anwendungen rasant und auch browserbasierte Applikationen, Videokonferenzen sowie Gaming Applikationen werden schneller. Zudem erfahren die in modernen Betriebssystemen immer wichtigeren Suchroutinen für Dateien und Dateiinhalte enorme Geschwindigkeitsvorteile und große Dateien lassen sich schneller speichern. Vorteilhaft ist Intel Optane Memory auch für Upgrades im Feld, da sich neue Software schneller installieren lässt, sodass Downtimes durch Upgrades mit Reboot verkürzt werden. Wartungszyklen lassen sich effizienter umsetzen. Zudem können Systeme damit so schnell aus dem Standby aufwachen, was besonders energieeffiziente Applikationen ermöglicht. Attraktiv ist die Optane Technologie auch für mehrere parallel laufende Prozesse, was auch für die Hyperthreading Technologie vorteilhaft ist, die die neuen Prozessoren ebenfalls unterstützen. Selbst virtualisierte Systeme können davon profitieren.
Bild: congatec AGWie schnell ist das Optane Memory?
Es lässt sich ohne genaue System- und Softwarekonfiguration nicht exakt spezifizieren, wie groß der Performancesprung mit Intel Optane Memory ausfällt. Aber schon die Eckdaten der neuen Technologie sind sehr überzeugend: Das neue Memory nutzt die 3D Xpoint Technologie, die von Intel und Micron Technology entwickelt wurde. Sie bietet selbst gegenüber NAND-Flash, der in SATA und NVMe SSDs eingesetzt wird, eine deutlich geringere Latenz, kann aber genauso große Datenpakete verarbeiten: Mit einer Latenz von lediglich 10µs - gut tausendfach kleiner als die von Standard-HDDs - werden die Grenzen zwischen Arbeitsspeicher und Storage fließend.
Selbstlernende Software inside
Damit wichtige Daten auch schnell zur Verfügung gestellt werden, erkennt eine selbstlernende Software, welche Dateien häufig genutzt werden. Diese werden dementsprechend priorisiert. Wiederkehrende Vorgänge werden dadurch beschleunigt und bei den Intel-Optane-Modulen können Applikation mit viel Datenzugriff direkt auf dem neuen Memory ablaufen.
Bild: congatec AGRobuste Integration auf M.2 Modulen
Angebunden wird der Optane Speicher über die NVMe Technik. Diese bindet nichtflüchtigen Speicher ohne herstellerspezifische Treiber oder zusätzliche Controller direkt über High-speed x2 oder x4 PCI Express Gen 3.0 Lanes an. Aktuell kann Intel Optane Memory über PCI Express Erweiterungskarten oder platzsparende M.2 Module eingebunden werden. Für kompakte und robuste Embedded Designs empfiehlt sich M.2. Diese werden parallel zum Board montiert und haben einen Edge Connector. Auf der gegenüberliegenden Seite wird das Modul durch eine Schraube fixiert, sodass sich der Intel Optane Speicher auch mechanisch für flach bauende und robuste Embedded Designs eignet. Für noch robustere und platzsparendere Lösungen sind auch onboard Implementierungen denkbar.
Verbesserungen bei CPU, GPU und Energie
Die Intel Core Prozessoren der 7ten Generation (Kaby Lake) bieten viele weitere Verbesserungen gegenüber ihren Vorgängern Intel Skylake. Durch die weiterentwickelte 14nm Fertigungstechnologie wurde die Performance pro Watt von CPU und GPU im Schnitt um die Zunahme der Basis- und Turbotaktraten von rund 10 Prozent optimiert, bei gleicher Leistungsaufnahme. Eine hochwertige, scharfe und klare Grafikausgabe bietet die neue Intel HD630 Grafik, die bis zu drei unabhängige Displays mit Auflösungen von bis zu 4k Ultra-HD bei 60Hz unterstützt. Für schnelle Windows 10 basierte 3D Grafik unterstützen sie zudem DirectX in der Version 12. Mit der hardwarebeschleunigten 10bit HEVC- und VP9-En- und Dekodierung von High Dynamic Range Videos wirken HD-Videostreams in beide Richtungen noch lebendiger und naturgetreuer. Das Erstellen und Verarbeiten von 4K-Videos geht mit den neuen Prozessoren zudem rund 8 Mal schneller im Vergleich zu entsprechenden Vorgängersystemen, sodass Bildverarbeitungssysteme deutlich von der neuen Prozessortechnologie profitieren. Auch die Batterielaufzeit hat sich mit Kaby Lake merklich verbessert. Eine einzige Akkuladung reicht jetzt für rund 10 Stunden produktives Arbeiten oder 9,5 Stunden Ultra-HD-4K-Videos. Letzteres ist dank dedizierter Hardwarebeschleunigung dreimal länger, als bisher und eine Standzeit, die man sich vor wenigen Jahren noch sehnlich für deutlich weniger performante mobile Systeme wünschte, denn was nutzt es einem In-Field Professional, wenn er seine mobilen Systeme nur den halben Arbeitstag nutzen kann? Anwendungsgebiete sind mobile Geräte im Medizinumfeld, wie beispielsweise UIltraschallgeräte oder Wartungs- und Messsysteme für EVUs sowie auch Systeme für die Logistikbranche.
Welcome Windows 10 IoT
Der Betriebssystem-Support der neuen Intel Core Prozessoren ist umfassend. Unterstützt werden alle gängigen OS wie Linux 3.x/4.x, Yocto oder Wind River VxWorks. Bei Windows wird jedoch ein deutlicher Schnitt bei den unterstützten Varianten vollzogen. Das Maß aller Dinge in der Windowswelt ist nun Windows 10 bzw. Windows 10 IoT mit seinen erweiterten Sicherheitsfunktionen und Sperrmöglichkeiten für IoT angebundene Geräte. Die neuen Prozessoren unterstützen die Gesichtserkennung Windows Hello, mit der sich das Login von Anwendern auch ohne physische Zugangsschlüssel sehr sicher gestalten lässt. Windows 10 IoT bietet zudem auch noch eine ganze Reihe von weiteren Sicherheitstechnologien wie Secure Boot, BitLocker, Device Guard und Credential Guard, die allesamt dazu dienen, die Geräte vom Einschalten bis zum Ausschalten umfassend zu schützen. Windows 10 IoT lässt sich zudem flexibel auf die jeweils spezifische Geräteumgebung anpassen, sodass man nur die Funktionen bereitstellen muss, die man benötigt - ganz gleich ob nur eine einzelne App gestartet werden darf oder ob der Zugriff auf unautorisierte USB-Peripherie gesperrt werden soll. Zusätzlich kann die Windows-Aktivierung - die sonst obligatorisch ist - jetzt auch abgeschaltet werden, um das Booten auch in geschlossenen Netzwerkumgebungen zu ermöglichen.
Bild: Congatec AGKompatibel zu Skylake
Durch die Kompatibilität zur Vorgängergeneration (Codename Skylake) kann die rundum verbesserte Mikroarchitektur von Kaby Lake ohne zusätzlichen Designaufwand in bestehende Embedded Systeme integriert werden, weshalb sich neue Designs auch schnell umsetzen lassen. Congatec unterstützt die 7te Intel Core Prozessorgeneration sowie das Intel Optane Memory umfassend auf Boards und Modulen sowie in kundenspezifischen Designs, die das Unternehmen im Rahmen seiner Embedded Design & Manufacturing Services anbietet. Hervorzuheben ist bei diesen Boards und Modulen die umfassende industrielle Treiberimplementierungen und der persönlicher Integrationssupport, der Entwicklern die Integration dieser neuen Generation vereinfacht.
Erweiterter Softwaresupport
Bei vielen Applikationen kommt verstärkt die Anforderung hinzu, die neuen Boards & Systeme mit deutlich mehr industriellem Softwaresupport auszuliefern, als es Prozessorhersteller bieten können und es auch auf Boardlevel bislang üblich war. Gefordert ist neben der passend robust ausgelegten Hardware ein umfassender Firmware- und Middlewaresupport für die Virtualisierung von Systemen oder IoT Anbindung. Im Lieferpaket von Embedded Boards und Modulen von congatec sind deshalb oft ergänzende Softwarepakete, die beispielsweise dynamisches Whitelisting erlauben, um die Ausführung von nicht zugelassenem Code zu verhindern, gleichzeitig aber auch Policy-basierte Updates zu erlauben, um nur ein Beispiel zu nennen. Die Kombination aus verlässlicher Hardware und einem durchgängig von der Firmware bis hin zum Betriebssystem abgestimmten Softwarepaket stellen dabei gewissermaßen eine 'Root of Trust' für Entwickler von IoT-Anwendungen dar. Zur Embedded Word 2017 wird congatec deshalb auch ein eigenes Embedded IoT API bereitstellen, um das IoT-Interface zur Embedded Hardware zu standardisieren und damit transparent und für OEM-Designs offen aber gleichzeitig auch sicher zu gestalten. congatec wird zudem auf seinen Boards und Modulen unter anderem den RTS Hypervisor unterstützen. Offene Standards wie der Support von TPM-Modulen runden das Sicherheitspaket zusätzlich ab.
Bild: Congatec AGBis 45 Watt - COM Express Basic
Bei Computer-on-Modulen werden von congatec die beiden COM Express Typ 6 Formfaktoren Basic und Compact unterstützt. Naturgemäß finden sich die leistungsstärkeren Dual-Chip Intel Xeon und Intel Core Prozessoren auf den COM Express Basic Modulen conga-TS175 und setzen im Embedded Leistungssegment bis 45 Watt einen neuen Benchmark. Anwendungsbereiche für diese High-End Server-on-Module finden sich überall dort, wo massive Datenströme in Echtzeit verarbeitet und visualisiert werden müssen. Dazu zählen Big-Data verarbeitende Embedded Cloud-, Edge- und Fog-Server sowie Systeme für die medizinische Bildverarbeitung, Videoüberwachung und bildgebende Qualitätskontrolle. Weitere Anwendungsbereiche sind Simulationssysteme, Host-Systeme für virtualisierte Steuerungstechnik, Visualisierungsrechner in industriellen Leitständen und anderen fabrikweiten Überwachungssystemen sowie professionelles High-End Gaming und Digital Signage.
Bis 25 Watt - COM Express Compact
Die conga-TC175 COM Express Compact Module mit den Single-Chip Varianten der 7ten Generation der Intel Core Prozessoren haben mit einer zwischen 7,5 bis 25 Watt konfigurierbaren TDP eine deutlich geringeren Strombedarf und werden so zu echten Leistungsträgern für die vielfältigen neuen Applikationsfelder des Embedded Computings. Zielapplikationen finden sich überall dort, wo lüfterlose und komplett geschlossene Systeme höchste Leistung bieten müssen: Von Industrie über Medical und Transportation bis hin zum Infotainment und Retail sowie in der Gebäude- und Homeautomation.
Low-Power -Thin Mini-ITX
Die Single-Chip Prozessorvarianten der Embedded Roadmap von Intel macht congatec zudem auch auf seinen durchweg industrietauglichen Thin Mini-ITX Motherboards conga-IC175 verfügbar. Gegenüber kommerziellen Motherboards überzeugen sie durch industriegerechte Bauteilauswahl und auf das Board abgestimmte Treiberimplementierung, persönlichen Integrationssupport sowie eine Langzeitverfügbarkeit von sieben Jahren. Der optionale SIM Support macht sie zudem zur perfekten Plattform für Geräte, die über 3G/4G oder Narrow Band IoT-Verbindungen an das IoT angebunden werden sollen. Die Langzeitverfügbarkeit ist dabei ein Feature, das OEM-Kunden besonders bevorzugen, damit ihre branchenspezifischen Produkt-Zertifizierungen möglichst lange Bestand haben. Zusätzlich beeindrucken die robusten Thin Mini-ITX Boards auch durch ihre Auslegung für raue Umgebungsbedingungen im Retail- und Digital Signage Bereich oder der industriellen Fertigung. Das PCB verfügt über mehr Layer als konventionelle Boards, was die elektromagnetische Verträglichkeit und Abstrahlung optimiert. Zudem verwendet congatec ausschließlich Komponenten aus dem Industriebereich mit einer hohen thermische Resistenz. Nicht zuletzt sind auch industriegerechte Losgrößen orderbar und auch Custom Designs möglich, was das Angebot von der sonst üblichen Massenware abhebt.
Bild: congatec AGWie schnell ist das Optane Memory?
Es lässt sich ohne genaue System- und Softwarekonfiguration nicht exakt spezifizieren, wie groß der Performancesprung mit Intel Optane Memory ausfällt. Aber schon die Eckdaten der neuen Technologie sind sehr überzeugend: Das neue Memory nutzt die 3D Xpoint Technologie, die von Intel und Micron Technology entwickelt wurde. Sie bietet selbst gegenüber NAND-Flash, der in SATA und NVMe SSDs eingesetzt wird, eine deutlich geringere Latenz, kann aber genauso große Datenpakete verarbeiten: Mit einer Latenz von lediglich 10µs - gut tausendfach kleiner als die von Standard-HDDs - werden die Grenzen zwischen Arbeitsspeicher und Storage fließend.
Selbstlernende Software inside
Damit wichtige Daten auch schnell zur Verfügung gestellt werden, erkennt eine selbstlernende Software, welche Dateien häufig genutzt werden. Diese werden dementsprechend priorisiert. Wiederkehrende Vorgänge werden dadurch beschleunigt und bei den Intel-Optane-Modulen können Applikation mit viel Datenzugriff direkt auf dem neuen Memory ablaufen.
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Dieser Artikel erschien in Embedded Design 2 2017 - 07.03.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.embedded-design.net
