Embedded-Systeme Industrielle IoT- und KI-Plattform für das Edge Computing

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Die COM-Express-Type-6-Modulfamilie MSC C6C-TLU basiert auf Intels Core-Prozessoren der 11. Generation. Avnet Integrated informiert über die Einsatzgebiete seiner hochleistungsfähigen Module.

Die Modulfamilie MSC C6C-TLU kombiniert höchste Computing Performance mit KI-Beschleunigung und integrierte Echtzeitfähigkeiten für den Einsatz in industriellen Netzwerken. Einzelne Modulvarianten sind für den erweiterten Temperaturbereich und raue Umgebungsbedingungen ausgelegt.

Einer der vielversprechenden Wachstumsmärkte der Zukunft sind Edge-Computing-Lösungen, die eine Vielzahl an Technologien, Komponenten und Applikationen mit unterschiedlichen Anforderungen kombinieren. Jede Anwendung erfordert eine aufgabenspezifisch optimierte Hardware mit modularer Prozessorleistung und unterschiedlichen Schnittstellen. Die entscheidenden Bausteine sind eine leistungsstarke Computing Performance, eine hohe Datensicherheit, eine einfache Netzwerkfähigkeit und ein Betrieb im erweiterten Temperaturbereich.

Durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Deep-Learning-Technologien können auf der Basis neuronaler Netzwerke und mit Hilfe großer Datenmengen die Edge-Computing-Anwendungen kontinuierlich optimiert und beschleunigt werden. In zahlreichen Fällen ist es wichtig, dass die KI-Beschleunigung direkt vor Ort in der Edge, also nicht erst in der Cloud oder in High Performance Computing-Lösungen, zur Verfügung steht.

Ein breites Einsatzgebiet sind Computer-Vision-Systeme zur zuverlässigen Erkennung und Identifizierung von unterschiedlichen Objekten und Personen und anschließenden Bildverarbeitung und Analyse. Die leistungsfähigen Systeme kombinieren Edge- oder Cloud-basierende Computertechnologien, Software und KI mit smarten Kameramodulen. Die Anwendungen reichen von der Robotik, intelligenten HMI-Terminals über Zutrittskontrollsysteme bis hin zu medizintechnischen Monitoring-Systemen und POS/POI-Geräten.

Die Voraussetzung zur schnellen Realisierung anspruchsvoller Edge-Computing-Anwendungen sind eine neue Generation an Prozessor- und Modultechnologien, welche die benötigte Rechen-, Grafik- und Videoleistung bieten. Darüber hinaus spielen zahlreiche integrierte Funktionen wie eine hohe Netzwerkfähigkeit und schnelle Schnittstellen eine zentrale Rolle und bilden – zu einer einzigen Plattformlösung vereint – die Ausgangsbasis für unterschiedliche Anwendungen.

Speziell für Edge-Computing-Lösungen bietet Avnet Integrated die hochleistungsfähige COM-Express-Type-6-Modulfamilie MSC C6C-TLU, die auf der aktuellen 11. Generation von Intel-Core-Prozessoren (früherer Codename „Tiger Lake UP3“) basiert. Die High-End-Module zeichnen sich im Vergleich zu den Vorgängermodellen, die einen Intel-Core-Prozessor der 8. Generation integrieren, durch einen deutlichen Performance-Zuwachs aus. Mit den sofort einsetzbaren Embedded-Modulen steht die neue Prozessortechnologie frühzeitig für die Entwicklung vielfältiger Endsysteme in kurzer Zeit mit optimierter Time-to-Market zur Verfügung.

Vorteile der engen Partnerschaft mit Intel

„Dank der engen Partnerschaft mit Intel sind wir in der Lage, zeitgleich mit der Einführung der neuen Prozessorgeneration unsere leistungsfähige Modulfamilie mit Intels Core-Prozessoren der 11. Generation vorzustellen“, freut sich Jens Plachetka, Manager Board Platforms bei Avnet Integrated. „Als einer der führenden COM-Hersteller positionieren wir die Embedded-Baugruppen besonders für Anwendungen, wo eine dezentrale Rechenleistung und eine hohe Konnektivität gefragt sind. Mit der erneuten Erweiterung unseres Produktangebots können wir neue Märkte erschließen und unsere Kunden vom Design-In bis hin zur kompletten Systemlösung umfassend unterstützen.“

Neben den Modulen MSC C6C-TLU stellt Avnet Integrated das komplette Ecosystem mit passenden Design Tools wie Starter Kit und Board Support Package sowie umfangreiche Service-Leistungen wie Design-in-Support, Carrier Design Review und Temperatur-Screening zur Verfügung. Wie alle Modulfamilien werden die Boards in den Technology-Campussen von Avnet Integrated entwickelt und in hochautomatisierten Produktionsstätten im eigenen Hause gefertigt. Damit ist die Langzeitverfügbarkeit der Module von mindestens 15 Jahren ab Produkteinführung gesichert.

Die leistungsfähige COM-Express-Type-6-Modulfamilie MSC C6C-TLU wird mit Intel-Core-Prozessoren der 11. Generation der Embedded Roadmap von Intel bestückt. Die energieeffizienten Prozessoren mit zwei bzw. vier Cores und acht Threads mit Taktraten bis 2,2 GHz (4,4 GHz max. Turbo) weisen eine TDP (Thermal Design Power) zwischen 12 und 28 W auf. Dank der neuen Prozessorarchitektur und der fortschrittlichen 10-nm-Prozesstechnologie bietet die Modulfamilie eine gute Balance zwischen Performance und Verlustleistung.

Die Intel-Core-Prozessoren der 11. Generation integrieren die schnelle Grafikprozessoreinheit (GPU) Intel Iris X^e mit bis zu 96 Ausführungseinheiten, die bis zu vier unabhängige Displays mit bis zu zwei Kanälen für 8K- bzw. mit bis zu vier Kanälen für 4K-Video sowie zwei Video-Decoder mit bis zu 40 simultanen 1080p-Streams bei 30 Bildern pro Sekunde unterstützt. Dank einer Hardware-basierten Beschleunigung und Virtualisierung können zahlreiche IoT spezifische Aufgaben gleichzeitig abgearbeitet werden.

Um eine hohe Speicherbandbreite zu erreichen, sind die Embedded-Module MSC C6C-TLU mit schnellem, 4 bis zu 32 GB großem Dual-Channel-LPDDR4X-4266-Speicher erhältlich. Speziell für kritische Anwendungen kann zur Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit im Speicher optional eine In-band-ECC-Fehlerkorrektur (IBECC) implementiert werden. Die IBECC speichert ECC-Korrektur-Bits in internen Caches und externen reservierten Speicherblöcken. Die ECC-Prüfung kann für einzelne Speicherbereiche des externen DDR-Speichers separat aktiviert werden. Der Vorteil ist, dass kein zusätzlicher externer ECC-Speicher erforderlich ist.

Die COM-Express-Type-6-Modulfamilie MSC C6C-TLU stellt bis zu neun PCIe Gen3 und Gen4 Lanes, USB-4- und USB-3.1-Schnittstellen, GPIOs und ein 1-Gb-Ethernet-Port zur Verfügung. Massenspeicher können über zwei SATA-6-GB/s-Kanäle angeschlossen werden. An Grafikschnittstellen sind drei DisplayPort/HDMI-Interfaces und ein LVDS- und Embedded-DisplayPort-Interface vorhanden. Die Baugruppen sind mit einem Trusted Platform Module TPM 2.0 bestückt.

Speziell für moderne Netzwerkanwendungen bieten die COM-Express-Standardmodule besondere Echtzeitfähigkeiten wie die Unterstützung von TSN (Time-Sensitive Networking). Damit können unterschiedliche Prozesse innerhalb eines Netzwerkes mit hoher zeitlicher Deterministik ablaufen und z.B. immer wieder neu gestartet werden. Das Ziel ist, unterschiedliche Maschinen und komplexe Anlagen über alle Industriebusse hinweg sicher zu vernetzen und synchron zu steuern, um ein Echtzeit-Computing zu ermöglichen. Die TSN-Spezifikation erweitert die Datenübertragung über Standard-Ethernet-Netzwerk um eine neue Funktionalität, die einen sicheren Transfer in Echtzeit mit geringer Latenzzeiten und hoher Verfügbarkeit ermöglicht. Um strenge Timing-Vorgaben und geringe Latenzzeiten auch unter harten Echtzeitbedingungen sicherzustellen, wird neben TSN auch das Software-Protokoll Intel Time Coordinated Computing (Intel TCC) zur Minimierung von Jitter unterstützt (Bild 2).

Die High-End-Modulfamilie MSC C6C-TLU ist mit besonders hochwertigen Komponenten bestückt und dank ihres robusten Designs auch für Anwendungen mit hohen Anforderungen geeignet, z.B. beim Einsatz in rauen industriellen Umgebungen oder im Außenbereich. Avnet Integrated bietet hochleistungsstarke Modulvarianten im industriellen Umgebungstemperaturbereich von –40 bis 85 °C und für den zuverlässigen 24/7-Dauerbetrieb an. Voraussetzung dafür ist, dass der eingesetzte 11.-Gen.-Intel-Core-Prozessortyp für die erweiterten Betriebsbedingungen spezifiziert ist. Dank des 10-nm-Fertigungsprozesses, der durch eine kleine Verlustleistung und geringen thermischen Stress der Bauteile gekennzeichnet ist, ist die Intel-Core-Technologie erstmals für den industriellen Einsatz im erweiterten Temperaturbereich erhältlich. Besonderes Augenmerk wird auf das Kühlungskonzept der Komponenten gelegt, das neben der CPU auch den on-board-Speicher berücksichtigt.

Die Produktfamilie MSC C6C-TLU ist unempfindlich gegen Schock und Vibrationen, da u.a. die Speicher auf das Board gelötet sind. Optional besteht die Möglichkeit, die Module durch eine Schutzbeschichtung (Conformal Coating) zuverlässig gegen Umwelteinflüsse wie Verschmutzung, Feuchtigkeit, Tau- oder Salzbeschlagung zu schützen.

Kombiniert mit Software Development Kits (SDKs) wie das Intel Distribution OpenVINO Toolkit ist die COM-Express-Type-6-Modulfamilie MSC C6C-TLU für unterschiedliche High-End-Anwendungen im industriellen Umfeld geeignet, z.B. für komplexe HMI-Lösungen, KI- und Industrial-IoT-basierende Systeme und echtzeitfähige Maschinensteuerungen. Im Bereich kollaborative Robotik sind Anwendungen realisierbar, bei denen autonome Roboter und Personen in einem dynamischen Umfeld gleichzeitig arbeiten können.

Auf der neuen Modulgeneration basierende intelligente Kamerasysteme erlauben die Erkennung auch komplizierter Muster und/oder Objekte und verarbeiten die aufgenommen Daten dank hoher Prozessorleistung bereits vor Ort in der Edge. Die nächste Generation moderner Medizingeräte ist gekennzeichnet durch hochauflösende Displays und weitreichende KI-basierenden Diagnosemöglichkeiten.

Ein weiteres Einsatzgebiet der COM-Express-Modulfamilie sind professionale, vernetzbare Audio- und Videoanlagen, u.a. für komplexe Public-Signage- und Infotainment-Lösungen. Hohe Temperaturunterschiede und widrige Witterungsverhältnisse müssen öffentliche Überwachungs- und Sicherheitssysteme sowie Verkehrsmanagementsysteme verkraften können.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal ElektronikPraxis.

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