ระบบฝังตัวระดับสูงที่ออกแบบมาสำหรับงานอุตสาหกรรมสามารถรวมเฉพาะการเลือกเทคโนโลยีโปรเซสเซอร์ใหม่ ที่จริงแล้วมันเหมาะสำหรับการใช้งานทุกวันอย่างรุนแรงหากออกแบบโดยไม่มีแฟน ๆ

สิ่งนี้จะเพิ่มความน่าเชื่อถือของพวกเขาในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งพวกเขาต้องทนต่อแรงกระแทกหรือการสั่นสะเทือนและทำให้มั่นใจได้ว่าพวกเขาจะไม่ต้องบำรุงรักษาแม้หลังจากใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลาหลายปี

ข้อดีอีกอย่างคือการออกแบบแบบไม่มีพัดลมสามารถปิดผนึกอย่างแน่นหนาต่อฝุ่นและความชื้นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมแทบทุกประเภท

สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดไม่มีพัดลมก็หมายความว่าไม่มีเสียงรบกวน สิ่งนี้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้งานใกล้กับมนุษย์เช่น อุปกรณ์การแพทย์ในหอผู้ป่วยหนักในสตูดิโอบันทึกเสียงระดับมืออาชีพหรือห้องปฏิบัติการทดสอบและมาตรวิทยา

มีหลายเหตุผลที่ชอบดีไซน์ที่ไม่มีแฟน

ระบายความร้อนบนกระดานผู้ให้บริการขนาดเล็ก

ระบบ Fanless นั้นใช้งานง่ายด้วยโปรเซสเซอร์ที่ใช้พลังงานน้อยกว่า 10W ปัจจุบันขีด จำกัด ที่การออกแบบแบบไร้พัดลมยังคงเป็นไปได้อยู่ที่ประมาณ 15 วัตต์ TDP นักพัฒนาระบบสมองกลฝังตัวจำนวนมากทำงานเพื่อ จำกัด การใช้งานแอพพลิเคชั่นระดับไฮเอนด์ที่ไร้พัดลมเช่นพีซีอุตสาหกรรมที่มีการควบคุมและ HMI ในระบบเดียวระบบประมวลผลภาพและวิดีโออุปกรณ์เสียงและวิดีโอระดับมืออาชีพและป้ายดิจิตอล

ระบบหลายระบบจะต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตสำหรับแอพพลิเคชั่น IoT และอุตสาหกรรม 4.0 ทั้งสองต้องการความสามารถในการประมวลผลข้อมูลเพิ่มเติมและการสื่อสารรวมถึงการเข้ารหัสและการป้องกันไวรัส สิ่งนี้สามารถผลักดันให้ความต้องการพลังงานในการคำนวณค่อนข้างสูง

โปรเซสเซอร์ Core i7 / i5 / i3 ล่าสุดของ Intel มาพร้อมกับพลังที่หลากหลายตั้งแต่ไม่กี่วัตต์จนถึง 91W ดังนั้นฉันจะดูว่าโปรเซสเซอร์รุ่น 15W SoC มีอะไรบ้างเพราะมีเพียงพวกเขาอนุญาตให้มีการพัฒนาระบบระดับไฮเอนด์แบบไม่มีพัดลมในระดับอุตสาหกรรม

เกณฑ์มาตรฐานสำหรับคลาสประสิทธิภาพนี้ไม่สามารถใช้งานได้ในขณะนี้ อย่างไรก็ตามมีความปลอดภัยที่จะสมมติว่าความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในเซ็กเมนต์ SoC ของโปรเซสเซอร์รุ่นนี้เปรียบได้กับรุ่นเดสก์ท็อปที่ต้องการพัดลมที่ใช้งานอยู่ Intel ระบุว่าเมื่อเทียบกับแพลตฟอร์มที่มีอายุมากกว่าห้าปีโปรเซสเซอร์ Core ใหม่จะมอบพลังการประมวลผลมากขึ้น 2.5 เท่าประสิทธิภาพกราฟิก 3D ที่ดีขึ้น 30 เท่าและอายุแบตเตอรี่นานขึ้น 3 เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับรุ่นที่ 5 (ชื่อรหัส Broadwell) มีการเพิ่มขึ้นประมาณ 10% ในด้านกราฟิกและประสิทธิภาพการคำนวณและ 11% ในการใช้พลังงาน

ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นมาจากกระบวนการผลิต 14nm และสถาปัตยกรรมไมโครสโคปที่ปรับปรุงใหม่ ซึ่งรวมถึงโครงสร้างที่ปรับให้เหมาะสมซึ่งเชื่อมต่อแกน CPU, หน่วยกราฟิกและแคชระดับสุดท้าย (ก่อนหน้านี้คือแคช L3) ผ่านสถาปัตยกรรมริงบัส

เวอร์ชัน ULV SoC ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ 15W ยังรวมถึงเอเจนต์ระบบที่รวมจอแสดงผลที่เก็บข้อมูลและคอนโทรลเลอร์ I / O มีเทคโนโลยีสำหรับการสลับระหว่างสถานะพลังงานได้เร็วขึ้นซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นระหว่าง 20% และ 45% เมื่อเทียบกับโปรเซสเซอร์ Intel Core รุ่นที่ 5 ในเวลาเดียวกันการใช้พลังงานจะลดลง

Intel ได้ลดแรงดันไฟฟ้าของ SoC ลงและปรับปรุง gating พลังงานของแต่ละฟังก์ชั่นบล็อค สิ่งนี้จะช่วยลดการกระจายพลังงานและช่วยให้สามารถใช้เทอร์โบบูสต์ได้นานขึ้นเพื่อให้แอปพลิเคชันสามารถรับมือกับโหลดสูงสุดได้ดีขึ้น

หน่วยกราฟิกซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับ Windows 10 และรวมอยู่ใน SoCs 15W เจนเนอเรชั่น 9 รุ่นใหม่เช่นเดียวกับกราฟิก Intel 500 ปัจจุบันมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น จ่ายหน้าจอ 4k อิสระสูงสุดสามจอพร้อมอัตราการรีเฟรช 60Hz ผ่าน DisplayPort 1.2

รองรับ HDMI 1.4 และ DirectX 12 ช่วยให้มั่นใจได้ว่ากราฟิก 3D ที่เร็วกว่าใน Windows 10 นอกจากนี้ยังมีเอ็นจิ้นวิดีโอเพิ่มเติมเข้าด้วยกัน สิ่งนี้ช่วยให้การเข้ารหัสและถอดรหัสวิดีโอ HEVC, VP8, VP9 และ VDENC พร้อมโหลด CPU น้อยที่สุดและสิ้นเปลืองพลังงานน้อย เป็นครั้งแรกที่คุณสามารถสตรีมวิดีโอ HD ได้อย่างมีประสิทธิภาพทั้งสองทิศทางเช่นทั้งต้นน้ำและปลายน้ำ ด้วยหน่วยประมวลผล 24 หน่วยและรองรับ OpenCL 2.0 กราฟิก GT2 520 ของตัวประมวลผล ULV ยังสามารถปลดปล่อย CPU จากงานแบบขนานที่ต้องใช้การคำนวณสูง

อีกคุณสมบัติใหม่คือการสนับสนุนของ DDR4 RAM สิ่งนี้นำมาซึ่งการปรับปรุงจำนวนมาก: อันดับแรกให้แบนด์วิดท์ที่สูงกว่ามากและทำงานได้เร็วขึ้น ประการที่สองที่ 1.2V นั้นประหยัดพลังงานมากกว่า RAM 1.35 V DDR3 ปัจจุบัน

นอกจากนี้ด้วยความหนาแน่นของหน่วยความจำเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าตอนนี้คุณสามารถใช้หน่วยความจำ 32Gbyte พร้อม RAM สองช่อง นี่เป็นข้อดีอย่างมากสำหรับระบบฝังตัวระดับสูงจำนวนมากและอาจเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้นักออกแบบระบบหลายคนอัพเกรดเป็นรุ่นใหม่โดยเร็วที่สุด

โปรเซสเซอร์ Intel Core เจนเนอเรชั่นที่ 6 นั้นมีความต้องการ I / O สูงของ IoT ระดับสูงและระบบสมองกลฝังตัวโดยให้ I / O ความเร็วสูงมากขึ้น SoC เวอร์ชั่นที่มี PCI Express Gen 3.0 ให้อัตราข้อมูลเกือบสองเท่า

การสร้างโปรเซสเซอร์ใหม่ยังมีอินเตอร์เฟส USB 3.0 สองเท่า (ตอนนี้ 4) มากกว่ารุ่นก่อนทันที ด้วยความพร้อมใช้งานของอินเทอร์เฟซสำหรับกล้อง CSI MIPI-2 ซึ่งเป็นครั้งแรกที่รวมตัวประมวลผลสัญญาณภาพ (ISP) ภาพที่จัดทำโดยเซ็นเซอร์สามารถประมวลผลในเวลาจริงและพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องแทรกแซง CPU

SoCs แบบ 15W สามตัวแรกของแพลตฟอร์ม Intel Core เจนเนอเรชั่นที่ 6 นั้นเป็นโปรเซสเซอร์แบบดูอัลคอร์ Intel Core i7-6600U, Intel Core i5-6300U และ Intel Core i3-6100U พร้อมการสนับสนุนเธรดแบบไฮเปอร์

สำหรับบอร์ดฟอร์มแฟคเตอร์ขนาดเล็ก (SFF) และถ้าจำเป็นต้องใช้ชุดอินเตอร์เฟสแบบกำหนดเอง Computer-on-Modules (COM) ถือเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด

ข้อมูลจำเพาะ PICMG COM Express ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับกลุ่มระดับสูง ในการออกแบบที่มีพื้นที่ จำกัด COM form Compact ใช้บ่อยที่สุด มันมีขนาดกะทัดรัดเพียง 95 x 95 มม. และในขณะเดียวกันก็มีขั้วต่อ SMD สองแถวสองแถวที่มี 440 พินสำหรับอินเตอร์เฟสความเร็วสูงจำนวนมาก

นอกจากนี้ COM Express ยังได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับอินเทอร์เฟซประสิทธิภาพสูงของพีซีมาตรฐานและตอบสนองความต้องการที่แข็งแกร่งที่สุดด้วยการเชื่อมต่อที่เสถียรไปยังบอร์ดผู้ให้บริการเฉพาะแอป ในหลายกรณีเป็นการออกแบบระดับไฮเอนด์โดยเฉพาะที่ใช้ COM Express Compact โดยเฉพาะเมื่อชุดฟีเจอร์มาตรฐานของเมนบอร์ด Mini-ITX ไม่ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบหรือพื้นที่ที่ จำกัด ในแอปพลิเคชัน

การออกแบบระบบและตัวประมวลผลสอดคล้องกันหรือไม่?

การออกแบบระบบส่วนบุคคลมักจะนำเสนอวิศวกรการออกแบบที่ฝังตัวพร้อมกับคำถามที่ท้าทาย: การออกแบบระบบของฉันเหมาะสมกับโปรเซสเซอร์ที่เลือกหรือไม่? ฉันจะสามารถใช้งานระบบในระยะยาวและไม่มีความร้อนสูงเกินไปหรือแอปพลิเคชันจะทำให้ระบบลงเมื่อมีการโหลดจุดสูงสุดหรือไม่

จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการออกแบบไม่ได้ทำให้โปรเซสเซอร์ร้อนเกินไปเนื่องจากจะทำให้อายุการใช้งานสั้นลงหรือทำให้เกิดความล้มเหลวก่อนวัยอันควร โชคดีที่ตอนนี้ไม่ใช่หนึ่งเดียว แต่มีสองปัจจัยที่ทำให้นักพัฒนาซอฟต์แวร์สามารถปรับสมดุลการออกแบบฮาร์ดแวร์โปรเซสเซอร์และแอพพลิเคชั่นได้ง่ายขึ้นและเพื่อพัฒนาแอพพลิเคชั่นที่เข้าถึงขีด จำกัด ที่เป็นไปได้ด้วย TDP 15W

ปัจจัยแรกคือ TDP ที่กำหนดของโปรเซสเซอร์ (CTDP); ปัจจัยที่สองคือความพร้อมใช้งานของโซลูชันการระบายความร้อนแบบไม่ใช้พัดลมที่เหมาะสำหรับโมดูลคอมพิวเตอร์และโปรเซสเซอร์ ปัจจัยทั้งสองนี้ช่วยให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบทีละขั้นตอนเพื่อตอบสนองความต้องการของการออกแบบฮาร์ดแวร์และแอพพลิเคชั่นที่กำหนด

โปรเซสเซอร์ 15W SoC ใหม่สามารถกำหนดค่าได้จาก 7.5 ถึง 15W หากแอพพลิเคชั่นมีแนวโน้มที่จะร้อนเกินไปของระบบในบางสถานการณ์มันเป็นไปได้ที่จะลดฮอตสปอตในบางจุดด้วยการ จำกัด เอาต์พุตความร้อนสูงสุดเพื่อให้ระบบยังคงอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่อนุญาต อีกทางเลือกหนึ่งคือเล่นกับชุดระบายความร้อนโดยมีแนวคิดการระบายความร้อนที่แตกต่างกันสำหรับรอยเท้าที่เหมือนกัน

เนื่องจากข้อกำหนดของ PICMG COM Express ช่วยให้นักออกแบบสามารถจำกัดความสูงของตัวกระจายความร้อนได้จึงมีความเป็นไปได้ในการพัฒนาชุดระบายความร้อนด้วยรูปแบบที่เหมือนกันซึ่งมีตัวเลือกที่แตกต่างกัน สิ่งเหล่านี้อาจมีตั้งแต่ sinks ความร้อนแบบฝังเรียบไปจนถึงครีบระบายความร้อนด้วยการเชื่อมต่อที่อยู่อาศัยหรือเครื่องทำความเย็นประสิทธิภาพสูงพร้อมท่อความร้อนรวมและเทคโนโลยีเครื่องกระจายความร้อน

สำหรับการออกแบบที่ล้อมรอบอย่างสมบูรณ์ซึ่งจำเป็นต้องใช้ประโยชน์จาก 15W ให้สูงสุดแนะนำให้มีการพาความร้อนภายในระบบ อีกตัวเลือกหนึ่งคือเชื่อมต่อแผงระบายความร้อนกับท่อด้านนอก
ความพร้อมใช้งานของ TDP ที่สามารถกำหนดค่าได้พร้อมกับชุดเลขเริ่มต้นที่มีชุดระบายความร้อนที่ยืดหยุ่นจะช่วยให้นักพัฒนาระบบประสบความสำเร็จได้เร็วกว่าการลองผิดลองถูกที่การออกแบบระบบและตัวเรือน

ฉันเชื่อว่าโปรเซสเซอร์ Intel Core รุ่นใหม่จะทำให้การออกแบบระบบระบายความร้อนง่ายขึ้นในอนาคต อย่างไรก็ตามผู้พัฒนา OEM จะยังคงเผชิญคำถามที่ต้องการเข้าถึงความเชี่ยวชาญของซัพพลายเออร์โมดูลโดยตรง มันเป็นข้อได้เปรียบที่แท้จริงหากผู้ผลิตได้กำหนดกระบวนการที่โปร่งใสที่รับประกันการสนับสนุนส่วนบุคคลทำให้ไม่จำเป็นต้องไปตั้งแต่ต้นจนจบและอธิบายปัญหาอีกครั้งในแต่ละครั้ง

Christian Eder เป็นผู้จัดการฝ่ายการตลาดที่ Congatec