更低功耗 更強性能,康佳特推出五種全新嵌入式模塊與單板
康佳特推出采用新款低功耗英特爾凌動?x6000、賽揚?和奔騰?系列處理器(代號Elkhart Lake)的五種嵌入式模塊與單板:SMARC、Qseven、COM Express Compact/Mini、Pico-ITX單板計算機(SBC)。這些新款低功耗x86平臺有哪些優勢?
如今的工業物聯網應用需要兼具高性能與低功耗的處理器、可靠的實時操作系統、實時連接和實施虛擬機監控技術。康佳特的單板和模塊采用最新款英特爾凌動、賽揚和奔騰處理器,能夠為低功耗應用提供各個方面的強大性能。
目標市場包括自動化與控制——從智能電網和加工工業中的分布式流程控制,到智能機器人,甚至精密制造業中的PLC和CNC控制。其它的實時市場包括測試與量測技術,以及交通類應用,例如火車與軌道系統和自動駕駛車輛,它們都受益于更廣的工作溫度范圍支持。
圖解1
SMARC、Qseven和COM Express Mini計算機模塊的尺寸相當;主要的區別只是隨著時間的推移,OEM廠商選擇了其中一種規格尺寸。
新一代低功耗處理器系列還適用于需要大量圖形運算的應用,例如邊緣互聯的POS機、自助終端(kiosk)和數字標牌系統,或者分布式博弈和彩票終端,新的康佳特板卡和模塊還為這些應用提供增強的遠程機器間通信。新款低功耗英特爾凌動、賽揚和奔騰處理器(代號Elkhart Lake)將迅速征服嵌入式和邊緣計算市場,并成為4.5W至12W區間內的無風扇低功耗嵌入式計算產品中的王牌。有以下充分的理由來支持這個結論:
處理器性能顯著提升
相比基于Apollo Lake架構的前代產品,新款低功耗英特爾凌動、賽揚和奔騰處理器的多線程性能大幅提升50%,而單線程性能甚至提升了70%。支持-40°C到+85°C的擴展溫度范圍對于很多工業應用至關重要。新處理器擁有多達4個核心,在Boost模式下的最大時鐘頻率可達3GHz,無論是單線程還是多線程應用,它們都為整個嵌入式市場帶來了大幅的性能提升。
圖解2
基于Elkhart Lake 處理器的康佳特板卡與模塊整體測試表現中令人驚艷,與Apollo Lake處理器相比,性能有了明顯的提高,每瓦特性能更高。
英特爾凌動處理器技術現在可達到10納米,這對嵌入式應用來說具有重大的意義。采用前代英特爾低功耗嵌入式產品,代號為Apollo Lake(14nm)、 Braswell(14nm)、Bay Trail(22nm)的的用戶在換用新款Elkhart Lake 系列產品后,將首次體會到英特爾SuperFin技術帶來的優勢。除了更高的封裝密度,該技術還能以低功耗實現同等性能,或者以相同功耗實現更高性能。這兩點都是嵌入式產品設計的重點。新產品的功耗從4.5瓦到12瓦不等,通過比較可以看出,各級別功耗的用戶都能從性能的顯著提升中獲益。處理器的節能模式獲得了Energy Star 3.0認證,連網的應用將在待機模式下消耗極少的電量,且無需特制的網絡代理芯片。
現在支持更快速且更大的內存,最多可拓展至16GB LPDDR4內存和4267 MT/s。關鍵性的實時應用還將受益于更具性價比的糾錯碼技術,因為英特爾帶內糾錯碼(IBECC)可采用較低成本的傳統內存,而無需專門的ECC內存。用戶可以在BIOS中設置ECC或非ECC模式,還可將IBECC適用于內存中的特定區塊,這對開發者來說是一項突出的優點,讓他們不用再面對“全舍棄”和“全保留”的矛盾。例如,應用IBECC可避免某個關鍵虛擬機內存區域出現數據錯誤,同時又讓主要內存區域正常運作,保持更高的數據傳輸率。不過,哪怕激活了IBECC,可實現的數據傳輸率往往還是能達到英特爾凌動E3900處理器的DDR3L ECC內存的2倍以上。
圖解3
COM Express Compact模塊主要用于高性能設計。該模塊是可廣泛擴展性能范圍的低端平臺,它可以實現特別便宜的設計。
雙倍圖形性能帶來沉浸式體驗
新款康佳特單板與模塊的圖形性能也實現翻倍,可呈現3x4K@60fps和10位色深的圖像。這樣的大幅提升得益于第11代英特爾圖形單元,且已經被建置到更強大的英特爾第十代酷睿處理器(代號Ice Lake)。同樣,GPU也位于CPU芯片上,受益于10nm制造技術帶來的性能與功耗改善。不過歸根到底,性能提升還是因為集成執行單元(EU)的數量增多到了32個。更高的效率和更多的EU數量能輕松地就實現圖形性能翻倍,而Apollo Lake的第9代圖形單元只有18個EU。第11代圖形單元帶來了更高的帶寬要求、更高的壓縮率、更大的L3緩存和更快的數據傳輸率。它還支持各種主流的圖形加速API,例如DirectX 12、OpenGL 4.5、Vulkan 1.1、OpenCL 1.1和Metal,因而適用于3D圖形和眾多GPGPU驅動的應用領域。需要大量視頻運算的應用,像數字標牌、游戲、直播客戶端和影音前端系統等,都受益于具有硬件加速編碼和解碼功能的最新解碼器,例如超高數據傳輸效率但也需要大量運算的HEVC (H.265)和VP9,或者廣泛運用的前代產品AVC (H.264)和AV1。
PCIe3.0和USB3.1 Gen2提供更高數據傳輸
對很多開發者來說,新款英特爾酷睿處理器具有支持外圍設備的更高數據傳輸能力,這是一項重要優勢。PCIe Gen3首次出現在低功耗處理器中,這意味著與Apollo Lake所支持的PCIe Gen2相比,數據傳輸率翻了一番,最高達到32 Gigabyte/s(輸出和返回通道各16GB/s),時鐘頻率也從5GHz提升到了8GHz。
低功耗x86平臺的另一個新特色是支持USB 3.1 Gen2,與USB 3.1 Gen1相比,性能有了顯著的提升。數據傳輸率翻倍至10GBit/s,因而能夠傳輸未壓縮的超高清視頻信號,例如從影院向顯示器傳輸——這還是USB接口首次實現這種操作。
不過,提升外設總線的時鐘頻率會大幅影響到系統設計,這會給載板開發者們帶來新的問題,尤其是在信號兼容方面。更高的時鐘頻率會顯著增加走線的復雜程度,容易導致錯誤,因此康佳特也為客戶提供全面的載板設計和兼容性測試服務。出現問題時,客戶不必再求助外部實驗室,而是能夠直接對話專家,這些專家全面測試過眾多型號的計算機模塊(COM)和載板組合,這意味著他們擁有所需的專業知識。
圖解4
Pico-ITX單板是立即可用的平臺。搭配VARs和合作伙伴提供的廣泛配件和多款系統設計,使Pico-ITX單板成為有吸引力的選擇。康佳特也樂意為客戶選擇合適的系統合作伙伴提供建議。
普通以太網也可支持硬實時
新板卡和模塊支持的時間敏感網絡(TSN)、英特爾時間協調計算(英特爾?TCC)和RTS(Real-Time Systems)虛擬機監控技術,對基于VxWorks和實時Linux的工業實時應用來說是相當重要的功能。
TSN能夠通過IP實現硬實時觸覺互聯網應用。基于新款英特爾凌動處理器的康佳特板卡和模塊提供集成MAC,支持高于1GbE的TSN。康佳特產品不僅早就支持TSN,還提供融合了TSN與實時控制技術的開發平臺。客戶若想在自己的應用中集成TSN,可直接受益于該立即可用的開發平臺。
TCC技術可以協調基于實時英特爾IP的I/O通信,從而減少同步過程中的延遲和信號不穩。該功能可通過英特爾? TCC 軟件工具包進行調節。這對具備處理器集成CAN總線的運輸領域實時應用相當有用。
用于硬件整合的全方位虛擬化支持
毫無疑問,硬件虛擬化在互聯實時系統中扮演著重要角色,因為實時多任務處理功能是物聯網和邊緣設備的一項重要指標。英特爾凌動處理器通過英特爾VT技術支持虛擬化,這對實時擬機監控技術(像康佳特提供的RTS虛擬機監控器)來說是相當有吸引力的功能。舉例來說,英特爾VT技術支持單根 I/O虛擬(SR-IOV)。這使虛擬機中執行通用操作系統(GPOS)的多個應用能直接與I/O接口連接,例如某個以太網接口。這是一個頗有吸引力的功能,因為這些接口往往供不應求。
圖解5
實時虛擬監控器與多個操作系統完美結合
康佳特子公司Real-Time Systems開發的RTS虛擬機監控器可以無縫整合Elkhart Lake處理器的硬件基礎虛擬化功能,從而運行關鍵的實時應用,并可同時執行其它多任務操作系統,例如Linux和Windows,且不會造成額外延遲。虛擬化主要可以整合多個任務至單一系統上。新一代工業控制系統中的任務數量正飛速增加,除了現場控制外,這些系統如今還需要進行相互間的實時互動。此外,人們還需要進行基于工業物聯網的數據交換,從而監控分布式設備、優化資產績效、引入包括預防性維護和“即服務”的新業務模式。許多應用要需要整合基于視覺的人工智能。康佳特所有新款單板和模塊均支持RTS虛擬機監控器,它們還采用新款英特爾凌動、賽揚、奔騰處理器。只有康佳特才提供這些功能支持。
人工智能與機器視覺
人工智能如今被廣泛運用于邊緣分析領域。新款英特爾處理器支持廣泛的AI產品以及常用架構的優化。特別值得一提的是OpenVino和Microsoft ML。Microsoft ML是一種免費的機器學習軟件庫,適用于編程語言C #和F #。在與NimbusML結合使用時,它還支持Python模型。OpenVINO?工具包包含英特爾? 深度學習部署工具包、優化版OpenCV和媒體解碼/編碼程序,另有20個預訓練的模型和代碼范本。康佳特的工作負載整合套件組適用于視覺情境感知應用,能夠讓用戶快速地進入計算機視覺和OpenVINO領域。它能立即投入使用,讓機器人、自動駕駛車輛、視頻監控系統、旅客和行人計數、零售商場中的自動結算系統等都實現情境感知功能。
面向機器視覺的工作負載整合套件組
面向視覺情境感知應用的康佳特工作負載整合套件組已被英特爾認證為可立即投產的Intel? IoT RFP Ready Kit,它體現了虛擬化的諸多效率優勢。它透過Real-Time Systems (RTS)公司的虛擬機監控器技術,提供三種面向視覺類應用工作負載整合的虛擬機(VM)。第一個VM使用面向情境感知的英特爾? OpenVino?軟件來運行視覺AI應用;第二個VM具有實時功能,運行確定性控制軟件;第三個VM則充當IIoT/工業4.0網關。該套件組由康佳特和英特爾、RTS共同開發,同樣支持新一代英特爾凌動處理器,適用于新一代基于視覺的協作機器人、機器控制和自動駕駛車輛——它們都需要同時執行多個任務,包括基于深度學習AI算法的情境感知。
圖解4
面向視覺情境感知應用的康佳特工作負載整合套件組已被英特爾認證為可立即投產的Intel? IoT RFP Ready Kit,它體現了虛擬化的諸多效率優勢。
顯著的安全性提升
所有的工業物聯網(IIoT)邊緣設備都必須整合各種安全功能。OEM可利用虛擬化技術(如RTS公司的實時虛擬機監控器)來做到這點。然而理論上,設備的基礎已經由其硬件直接確定。新的低功耗處理器系列則在這方面大有所為。例如,基于新一代英特爾凌動、賽揚和奔騰處理器的康佳特板卡和模塊具有多種創新特性,可實現更全面的帶外管理,并具有一系列嵌入式安全功能,例如Intel? Boot Guard 2.1帶來的認證啟動、英特爾? 平臺可信技術 (英特爾l? PTT)等TPM支持,以及Intel? Dynamic Application Loader (英特爾? DAL)。這些都有助于開發穩定、可靠的應用。在數據加密和解密方面,新板卡和模塊也不缺亮點。Intel? Advanced Encryption Standard New Instructions (AES-NI)以及用于硬件加速版安全哈希算法的SHA Extensions變得更加強大。另外,一個全新的功能是處理器支持SMx密鑰,它由一系列標準算法構成,在中國尤為常用。最后還有播放最新的高清媒體所必須的HDCP 2.3拷貝保護。
全天候運轉與長期供貨支持
基于新一代英特爾凌動、賽揚和奔騰處理器的康佳特板卡和模塊設計旨在實現高可靠性與悠長使用壽命。對于嚴苛工業環境下使用的處理器,英特爾提供10年期的全天候運轉保障(100%處于S0睡眠狀態)。它們的工作溫度范圍為-40°C至+85°C,最大結溫為100°C至110°C。目前,康佳特產品的標準供應期限為10年。至于需要更長供應期限的OEM,可簽訂延長期限的特別項目。
八種新配置
新板卡和模塊規格包含Pico-ITX單板、SMARC、Qseven、COM Express Compact和Mini,具體處理器配置如下:

提交
congatec:模塊化驅動創新,打開嵌入式應用無限可能
集成工業物聯網(IIoT)功能創造附加價值
康佳特推出搭載英特爾酷睿i3和英特爾凌動x7000RE處理器的全新SMARC模塊
康佳特推出基于COM-HPC Mini 模塊的 3.5 英寸應用載板
康佳特歡迎COM-HPC載板設計指南Rev. 2.2的發布