Teollisiin sovelluksiin suunnitellut huippuluokan sulautetut järjestelmät voivat integroida vain tietyn valikoiman uutta prosessoritekniikkaa. Itse asiassa ne soveltuvat kovaan jokapäiväiseen käyttöön vain, jos ne on suunniteltu ilman tuulettimia.

Tämä lisää niiden luotettavuutta vaikeissa olosuhteissa, joissa niiden on kestettävä iskuja tai tärinää, ja varmistaa, että ne ovat huoltovapaita myös vuoden jatkuvan käytön jälkeen.

Toinen plus on, että puhaltimettomat mallit voidaan sulkea ilmatiiviisti pölyä ja kosteutta vastaan, mikä on välttämätöntä käytännöllisesti katsoen jokaisessa teollisessa sovelluksessa.

Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, yksikään tuuletin ei tarkoita myös melua. Tämä on ihanteellinen laitteille, joita käytetään esimerkiksi ihmisten läheisyydessä; lääkinnälliset laitteet tehohoidon yksikössä, ammattimaisessa äänitysstudiossa tai testaus- ja metrologialaboratoriossa.

Joten on monia syitä, jotka suosivat tuulettomia malleja.

Jäähdytys pienellä telineellä

Tuulettimattomat järjestelmät ovat suhteellisen helppo toteuttaa suorittimilla, jotka kuluttavat vähemmän kuin 10 W. Tällä hetkellä raja, missä puhaltimettomat mallit ovat edelleen mahdollisia, on noin 15 wattia TDP. Monet sulautettujen järjestelmien kehittäjät pyrkivät saavuttamaan kaiken irti fanattomista huippuluokan sovelluksista, kuten teollisuuden tietokoneista, joissa on ohjaus ja HMI yhdessä järjestelmässä, kuvan- ja kuvankäsittelyjärjestelmistä, ammattimaisista ääni- ja videolaitteista sekä digitaalisista opastuksista.

Monet järjestelmät vaativat nyt Internet-yhteyttä IoT- ja teollisuus 4.0 -sovelluksiin. Molemmat vaativat ylimääräisiä tietojenkäsittely- ja viestintäominaisuuksia - mukaan lukien salaus ja virussuojaus. Tämä voi kasvattaa laskentatehon kysyntää melko huomattavasti.

Intelin viimeisimmät Core i7 / i5 / i3 -prosessorit toimitetaan erittäin laajassa valikossa muutamasta watista 91W: iin. Joten tarkastelen sitä, mitä prosessorien 15W SoC-versioilla on tarjota, koska vain ne sallivat täysin teollisuusluokan, ilman tuulettimia tarkoitettujen huippuluokan järjestelmien kehittämisen.

Tämän tietyn suorituskykyluokan vertailuarvoja ei tällä hetkellä ole saatavana. On kuitenkin turvallista olettaa, että tämän prosessorien sukupolven SoC-segmentissä saavutetut edistykset ovat verrattavissa aktiivisiin faneja vaativiin työpöytävaihtoehtoihin saavutettuihin saavutuksiin. Intel toteaa, että verrattuna viiden vuoden vanhoihin alustoihin, uudet Core-prosessorit tarjoavat jopa 2,5 kertaa enemmän laskentatehoa, 30 kertaa paremman 3D-grafiikan suorituskyvyn ja 3 kertaa pidemmän akun käyttöiän. Verrattuna viidenteen sukupolveen (koodinimeltään Broadwell) grafiikan ja tietojenkäsittelyn suorituskyky kasvaa arviolta 10% ja energiatehokkuus lisääntyy 11%.

Parempi suorituskyky tulee 14 nm: n valmistusprosessista ja uudistetusta Skylake-mikroarkkitehtuurista. Tämä sisältää optimoidun kankaan, joka yhdistää prosessorin ytimet, grafiikkayksikön ja viimeisen tason välimuistin (entinen L3-välimuisti) rengasväyläarkkitehtuurin kautta.

ULV SoC -versiot, jotka ovat merkityksellisiä 15W-malleille, sisältävät myös järjestelmäagentin, joka integroi näytön, tallennuksen ja I / O-ohjaimen. On olemassa tekniikkaa nopeampaan vaihtamiseen tehotilojen välillä, mikä johtaa suorituskyvyn kasvuun 20–45% verrattuna viidennen sukupolven Intel Core -prosessoreihin. Samalla virrankulutus laskee.

Intel on myös vähentänyt SoC: n syöttöjännitteitä ja tarkennut yksittäisten toimintolohkojen tehonsyöttöä. Tämä vähentää virrankulutusta ja mahdollistaa turbovahvistuksen laajemman käytön, jotta sovellukset selviytyvät paremmin huippukuormituksista.

Grafiikkayksikkö, joka on optimoitu Windows 10 -käyttöjärjestelmälle ja integroitu uuteen yhdeksännen sukupolven 15W: n SoC-moduuleihin, kuten Intel graphics 500, tarjoaa nyt myös paremman suorituskyvyn. Se toimittaa jopa kolme erillistä 4 kt: n näyttöä 60 Hz: n päivitystaajuudella DisplayPort 1.2: n kautta.

Myös HDMI 1.4 on tuettu, ja DirectX 12 takaa entistä nopeamman 3D-grafiikan Windows 10 -käyttöjärjestelmässä. Lisäksi integroituu ylimääräinen videomoottori. Tämä mahdollistaa HEVC-, VP8-, VP9- ja VDENC-videoiden koodaamisen ja dekoodaamisen minimaalisella prosessorikuormituksella ja alhaisella virrankulutuksella. Ensimmäistä kertaa on nyt mahdollista lähettää HD-video tehokkaasti molemmissa suunnissa, ts. Sekä ylä- että alavirtaan. 24 suoritusyksiköllä ja OpenCL 2.0 -tuella ULV-prosessorien GT2 520 -grafiikka voi myös vapauttaa CPU: n laskentaintensiivisistä rinnakkaisista tehtävistä.

Toinen uusi ominaisuus on DDR4 RAM-muistin tuki. Tämä tuo joukon parannuksia: Ensinnäkin se tarjoaa paljon suuremman kaistanleveyden ja toimii nopeammin; toiseksi, 1,2 V: n jännite on myös energiatehokkaampi kuin nykyiset 1,35 V DDR3-RAM-muistit.

Lisäksi muistitiheyden kaksinkertaistumisen ansiosta on nyt mahdollista saavuttaa 32 Gt tavua työskentelevä muisti kahdella RAM-paikalla. Tämä on valtava plus monille huippuluokan sulautetuille järjestelmille ja luultavasti tärkein syy monille järjestelmäsuunnittelijoille päivittää uuteen sukupolveen mahdollisimman pian.

Kuudennen sukupolven Intel Core -suorittimet vastaavat monien huipputason Internet-sovellusten ja sulautettujen järjestelmien korkeisiin I / O-vaatimuksiin tarjoamalla enemmän nopeaa I / O: ta. SoC-versiot, joissa on PCI Express Gen 3.0, tarjoavat melkein kaksinkertaisen tiedonsiirtonopeuden.

Uusi prosessorien sukupolvi tarjoaa myös kaksi kertaa enemmän USB 3.0 -rajapintoja (nyt 4) kuin niiden välittömät edeltäjät. CSI MIPI-2 -kameran käyttöliittymän ansiosta, joka integroi ensimmäistä kertaa kuvasignaaliprosessorin (ISP), anturien tarjoamat kuvat voidaan käsitellä reaaliajassa ja erittäin energiatehokkaasti ilman CPU: n toimia.

Kuudennen sukupolven Intel Core -alustan kolme ensimmäistä 15W: n sulautettua SoC-sovitinta ovat kahden ytimen prosessorit Intel Core i7-6600U, Intel Core i5-6300U ja Intel Core i3-6100U, joissa on hyperlankatuki.

Pienille muototekijöille (SFF) ja jos tarvitaan räätälöityjä rajapintoja, Computer-on-Modules (COM) ovat mielestäni paras valinta.

PICMG COM Express -määritys on suunniteltu erityisesti huippuluokan segmentille. Suunnitelmissa, joissa tilaa on vähän, käytetään COM Express Compact -muotokertointa useimmiten. Se tarjoaa pienikokoisen jalanjäljen, vain 95 x 95 mm, ja sisältää samanaikaisesti kaksi kaksirivistä SMD-liitäntää, joissa on 440-nastaiset lukuisissa nopeissa rajapinnoissa.

Lisäksi COM Express on optimoitu vakiotietokoneiden korkean suorituskyvyn rajapintoihin ja täyttää korkeimmat vaatimukset vakaan yhteyden ansiosta sovelluskohtaiseen kantolevyyn. Monissa tapauksissa nimenomaan tuulettomat huippuluokan mallit luottavat COM Express Compact -käyttöjärjestelmään, varsinkin kun Mini-ITX-emolevyjen vakioominaisuudet eivät täytä suunnitteluvaatimuksia tai tilaa on sovelluksessa rajoitettu.

Soveltuuko järjestelmän suunnittelu ja prosessori yhteen?

Yksittäisissä järjestelmäsuunnitelmissa on sulautetulle suunnittelijalle aina joitain haastavia kysymyksiä: Onko järjestelmäsuunnittelu todella sopiva valitulle prosessorille? Pystynkö käyttämään järjestelmää pitkäaikaisesti ja ilman ylikuumenemista vai vähentääkö sovellus järjestelmää, kun se tulee kuormituspiikkeihin?

On välttämätöntä varmistaa, että suunnittelu ei ylikuumenna prosessoria, koska se lyhentäisi käyttöikää tai johtaisi erittäin ennenaikaisiin vioihin. Onneksi nyt ei ole muuta kuin yksi tekijä, jotka helpottavat kehittäjien tasapainottamista laitteistojen suunnittelu-, prosessori- ja sovellusvaatimuksista sekä sellaisten sovellusten kehittämistä, jotka todella saavuttavat mahdolliset rajat TDP: n ollessa 15W.

Ensimmäinen tekijä on prosessorin konfiguroitava TDP (CTDP); toinen tekijä on tuulettimien jäähdytysratkaisujen saatavuus, jotka sopivat hyvin tietokonemodulille ja prosessorille. Nämä kaksi tekijää mahdollistavat suunnittelun optimoinnin askel askeleelta tietyn laitteiston suunnittelun ja sovelluksen vaatimusten täyttämiseksi.

Uudet 15 W: n SoC-prosessorit ovat konfiguroitavissa välillä 7,5 - 15 W. Jos sovelluksella on taipumus järjestelmän ylikuumenemiseen tietyissä tilanteissa, on mahdollista minimoida hotspot tietyissä kohdissa rajoittamalla enimmäislämpötehoa siten, että järjestelmä pysyy aina sallitulla lämpöalueella. Toinen vaihtoehto on leikkiä jäähdytyselementtimuodoilla, jos tarjotaan erilaisia ​​jäähdytyskonsepteja samaan jalanjälkeen.

Koska PICMG COM Express -määritykset antavat suunnittelijoille mahdollisuuden rajoittaa lämpökäsittelylaitteen korkeutta, on mahdollista kehittää jäähdytyselementtejä, joilla on sama jalanjälki ja jotka tarjoavat erilaisia ​​vaihtoehtoja. Ne voivat vaihdella yksinkertaisista sulautetuista jäähdytyslevyistä eväineen lämmönvaihtimiin koteloliitännällä tai tehokkaisiin jäähdyttimiin yhdistetyllä lämpöputkella ja lämmittimen tekniikalla

Täysin suljetuille malleille, joiden on hyödynnettävä 15W: tä maksimissaan, suositellaan järjestelmän sisäistä konvektiota; toinen vaihtoehto on jäähdytyselementin kytkeminen ulkovaippaan.
Konfiguroitavan TDP: n saatavuus yhdessä joustavia jäähdytyselementtejä tarjoavien käynnistyspakkausten kanssa mahdollistaa järjestelmän kehittäjien menestymisen nopeammin kuin kokeilu- ja virheyrityksillä järjestelmän suunnittelussa ja asentamisessa.

Uskon, että uusi Intel Core -suorittimen sukupolvi helpottaa lämpösuunnittelua tulevaisuudessa paljon. OEM-kehittäjät kohtaavat kuitenkin edelleen kysymyksiä, jotka vaativat suoran pääsyn moduulien toimittajien asiantuntemukseen. Se on todellinen etu, jos valmistaja on määritellyt avoimen prosessin, joka takaa henkilökohtaisen tuen, jolloin on tarpeetonta siirtyä alusta loppuun ja selittää ongelmat joka kerta.

Christian Eder on Congatecin markkinointipäällikkö