Die Evolution der Module

Die Welt wird von Tag zu Tag vernetzter und abhängiger von Technologie. Künstliche Intelligenz (KI) und Internet of Things (IoT)-Systeme bieten Unternehmen eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. Datenaustausch und -analyse in Echtzeit, Automatisierung und unternehmensweite Verbesserungen der Effizienz, Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit. Und all diese Fortschritte hängen von kleinen, aber entscheidenden Faktoren ab Computer-on-Module.

Computer-on-Module bieten Rechenleistung, Speicher und mehr, damit Systeme funktionieren, spielen aber auch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von KI- und IoT-Systemen. Der Aufbau komplexer Systeme erfordert Zeit und Investitionen – insbesondere, wenn Sie versuchen, von Grund auf neu zu bauen.

Module bieten Entwicklern vorzertifizierte Bausteine, die Zeit und Geld sparen und es ihnen ermöglichen, Systeme schneller auf den Markt zu bringen. Sie ermöglichen es den Entwicklern auch, ihre Aufmerksamkeit auf das Projekt insgesamt zu richten, anstatt die grundlegende Hardwareinfrastruktur neu entwickeln zu müssen.

Die Zeitleiste der Entwicklung des Computermoduls

Heutzutage ist eine Vielzahl von Computer-on-Modules erhältlich, die für unterschiedliche Anwendungen in unterschiedlichen Umgebungen geeignet sind. Dies war jedoch nicht immer der Fall. Diese Zeitleiste zeigt, wie sich Module entwickelt haben, um mit den Anforderungen der Branche Schritt zu halten und fortschrittliche Datenverarbeitung an praktisch jedem Ort zu ermöglichen.

Vor 2000: PC/104

1987 entwickelte Ampro (jetzt ADLINK) PC/104™. Der Name spiegelt die Instruction Set Architecture (ISA) – oder den PC/AT-Bus (Personal Computer Advanced Technology) – und die 104 Pins am Anschluss sowie das PC/104-Konsortium, das 1992 PC/104 standardisierte, wider. Die Architektur dieses Moduls trieb die Entwicklung voran von ISA zu PCI, 10 Mbit zu 100 Mbit Ethernet, dynamischer Direktzugriffsspeicher zu synchronem dynamischem Direktzugriffsspeicher (DRAM zu SDRAM) und 486 zu Pentium.

Die frühen 2000er: EXT und COM Express

Ein neues Jahrhundert läutete Innovationen ein, darunter ETX- und COM-Express-Module.

Im Jahr 2000 stellte JUMPtec (jetzt Kontron) Embedded Technology eXtended (EXT) vor, ein hochintegriertes und kompaktes (3,7 x 4,9 Zoll; 95 x 125 mm) Computer-on-Module (COM). ETX-COMs integrieren Kern-CPU und Speicher sowie eine Reihe von I/O-Optionen, wie z. B. seriell, parallel, USB, Audio, Grafik und Ethernet. EXT bildet alle E/A-Signale sowie die ISA- und PCI-Bus-Implementierung auf vier High-Density-Anschlüsse mit niedrigem Profil auf dem Modul ab.

Im April 2006 veröffentlichten Mitglieder der ETX Industrial Group, darunter ADLINK, Kontron, Advantech und MSC Vertriebs GmbH, ETX 3.0. Diese Generation unterschied sich hauptsächlich durch das Hinzufügen zusätzlicher SATA-Ports. Es hat sich auch von PCI zu PCIe, höherer Leistung pro Watt, neuen Anzeigeschnittstellen einschließlich DVI, HDMI und DisplayPort), SDRAM zu DDR und erhöhten Bandbreitenanforderungen entwickelt.

In den 2000er Jahren wurde auch COM Express im Jahr 2003 von Kontron, Advantech und ADLINK eingeführt, das 2005 vom PCIMG Consortium standardisiert wurde. Es gab mehrere COM Express-Iterationen. COM Express Rev. 2 im Jahr 2010 enthielt eAPI, gefolgt von Rev. 2.1 im Jahr 2012 und einem Carrierboard-Designleitfaden für Rev. 2 im Jahr 2013. COM Express Rev. 3, veröffentlicht im Jahr 2017, fügte Schnittstellen hinzu und erhöhte PCI Express-Lanes auf 32. Im Jahr 2018 , COM Express hat Kurzformspezifikationen hinzugefügt und COM Express robuster gemacht.

Lösungsentwickler können diesen hochintegrierten und kompakten Computer-on-Module-Formfaktor ähnlich wie eine integrierte Schaltungskomponente verwenden. COM Express integriert Kern-CPU und -Speicher und bildet gemeinsame I/O-Signale auf zwei High-Density-Anschlüsse mit niedrigem Profil auf dem Modul ab.

Die 2010er: QSeven und SMARC

Auch die IT-Branche erlebte in den 2000er Jahren einen Paradigmenwechsel hin zu dezentralen, drahtlosen und batteriebetriebenen Geräten, sodass Unternehmen IoT-Systeme und andere Lösungen entwickeln konnten, die Daten schneller verarbeiten und bei steigenden Energiekosten effizienter arbeiten. Darüber hinaus stand die Branche vor der Herausforderung, stärkere staatlich unterstützte Programme für grüne Energie, die proprietären Standards in Bezug auf ARM-Prozessoren und einen klar definierten Formfaktor für ARM und Low-Power-Systems-on-Chip (SoC) einzuhalten.

Als Reaktion auf diese Veränderungen und Herausforderungen entstanden zwei neue Arten von Computer-on-Modules: Qseven® und SMARC™.

Die 2012 eingeführten Qseven-Module basieren auf ARM-Prozessoren und APUs der AMD G-Serie und zeichnen sich durch kompakte Größe (70 x 70 mm), niedriges Profil, Kosteneffizienz und Zugriff auf Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie PCIe, SATA, Gbit, Ethernet und USB aus 3.0. Einer der Schlüssel zur Kostensenkung ist der MXM-Steckverbinder, der das Modul mit der Trägerplatine verbindet und selbst bei hoher Luftfeuchtigkeit, extremen Temperaturen oder anderen anspruchsvollen Umgebungen zuverlässig ist.

Ebenfalls 2012 wurden ADLINK und Kontron vorgestellt Smart Mobility ARChitecture (SMARC), und es wurde 2013 vom SGeT-Konsortium standardisiert. Es gilt als der erste und wirklich global definierte Arm- und SOC-Formfaktor und unterstützt CPU-Architekturen der nächsten Generation mit extrem geringem Stromverbrauch für mobile Anwendungen. Es verwendet nur einen 314-Pin-MXM3-SMT-Edge-Steckverbinder, um alle Strom- und Signalleitungen mit der Trägerplatine zu verbinden.

SMARC 2.0, das 2016 eingeführt wurde, überbrückte die Lücke zwischen Qseven und COM Express, insbesondere für IoT-Anwendungen, und bietet mehr Schnittstellen als Qseven und Unterstützung für Prozessoren mit geringerer Leistung, die COM Express nicht bietet.

Geben Sie die 2020er und COM-HPC ein

Sich ändernde Anforderungen bedeuteten, dass Lösungsentwickler mehr eingebettete Lösungen, mehr Schnittstellen für Edge-Server und Hochgeschwindigkeitsleistung benötigten. Die Modulentwicklung wurde mit der Einführung von COM-HPC® fortgesetzt. Diese Module integrieren Kern-CPU, Speicher und E/A, einschließlich USB bis 4.0, Audio, PCIe bis 5.0. Zwei COM-HPC Computer-on-Module sind verfügbar, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen:

  • Client-Modul mit fester oder breiter Eingangsspannung
  • Servermodul mit fester Eingangsspannung

Die heutigen AI-on-Modules und I-Pi Development Kits

Heute geht die Innovation weiter. ADLINK hat die erste SMARC rev. 2.1 AI-on-Module (AIoM), das verwendet i.MX 8M Plus SoC von NXP für Edge-KI-Anwendungen im Jahr 2021. Es umfasst LVDS/DSI/HDMI-Grafikausgabe, dualen CAN-Bus/USB 2.0/USB 3.0, duale GbE-Ports und eine I2S-Audioschnittstelle. Sein robustes Design macht es zu einer guten Wahl für den Einsatz in rauen Umgebungen und es enthält Software für maschinelles Lernen, die Modelle wie MobileNet SSD, DeepSpeech v1 und Segmentierungsnetzwerke ermöglicht. Durch die Aktivierung von Intelligenz am Rand wird die Abhängigkeit von der Cloud eliminiert und Daten aus Compliance-, Sicherheits- oder Datenschutzgründen innerhalb des Unternehmensnetzwerks aufbewahrt.

Und dazu, Die I-Pi-Entwicklungskits von ADLINK vereinen das Beste aus aller Modulhardware und -software, um ein schnelleres Prototyping und eine industrielle Anwendungsentwicklung zu ermöglichen. Es kann Arduino und Raspberry Pi ersetzen, die Ingenieure üblicherweise in IoT-Anwendungen verwenden – aber das I-Pi-Entwicklungskit kann nach dem Prototyping unverändert in einer industriellen Anwendung verwendet werden. Das I-Pi Development Kit schützt auch vor Hardware-Obsoleszenz, sodass Sie Module Jahre – oder sogar Jahrzehnte – nach der Bereitstellung durch neue Versionen ersetzen können. Darüber hinaus ist es abwärtskompatibel mit Industriestandards wie PICMG COM-HPC, COM Express und SGET SMARC, und die I-Pi-Site bietet auch Online-Support.

Wohin die Modulentwicklung geht

Lösungsentwickler können sicher sein, dass die Modulentwicklung noch nicht abgeschlossen ist. Neue Optionen entstehen, zum Beispiel Arm-basierte SOCs, die Halbleiter-IP-Kerne für eine Reihe von Prozessorsystemen auf dem Chip verwenden, wie z COM-HPC Ampere Altra die den Anforderungen rechenintensiver Workloads gerecht werden, da die digitale Welt immer intelligenter und automatisierter wird.

Natürlich können COM-HPC, COM Express, SMARC, Qseven oder andere Module die beste Wahl für Ihre Anwendung sein – und ADLINK bietet sie alle an. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie unsere Computer-on-Modules Seite.

Henri Parmentier
Henri Parmentier

Senior Manager EPM-Modules Product Center bei ADLINK Technology

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