Seria de procesoare Intel Atom x6000E, nume de cod “Elkhart Lake” (EHL), este cel mai recent membru al familiei de procesoare și oferă capabilități pentru o gamă largă de aplicații industriale. Fiind un sistem pe cip (SoC – System-on-a-Chip), acesta conține numeroase I/O care nu au mai fost vreodată disponibile pe un SoC Intel. Nucleul procesorului Intel Atom x6000E este o soluție dual-chip integrată într-o capsulă BGA de 35 mm × 24 mm.
Unitatea centrală de prelucrare (CPU) se bazează pe tehnologia de fabricație 10nm a companiei Intel și dispune de până la patru nuclee (Tremont) cu 1.5 MB L2 și 4 MB LLC cache. Aceste caracteristici au dus la o creștere a performanței ‘single-thread’ de până la 1.7 ori mai mare și de până la 1.5 ori mai mare a performanței multi-thread, în comparație cu arhitectura Intel Apollo Lake, la același nivel de disipare a puterii. Motorul grafic Ultra High Definition (UHD) al Intel, cu performanțe grafice duble, oferă o rezoluție maximă de 4kp60, cu posibilitatea de a avea conectate simultan până la trei display-uri. Controlerul de memorie suportă DDR4/LPDDR4 cu până la 32 GB și 4267 MT.
Figura 1: Procesorul din seria Intel Atom x6000E combină o puternică unitate centrală de prelucrare (CPU) cu o platformă (PCH – Platform Controller Hub) cu numeroase interfețe – (Sursă imagine: Intel)
Chipul PCH (Platform Controller Hub) de la Intel, bazat pe tehnologia de fabricație de 14nm, este conectat la 4 GT printr-o puternică interfață OPI (On-Package Interface). În plus față de intrările și ieșirile (I/O) obișnuite pentru compatibilitatea PC-urilor, PCH oferă o multitudine de I/O care nu au fost niciodată disponibile pe un asemenea sistem (SoC) Intel: UART, SPI, I2C, CAN FD, PWM, Quadrature Encoder Peripheral (QEP) și convertoare ADC. Figura 1 prezintă schema bloc.
In-Band ECC
O caracteristică extrem de interesantă este codul de corectare a erorilor în-bandă (IBECC), care îmbunătățește securitatea și fiabilitatea, fără a fi nevoie de adăugarea de memorie EEC externă. IBECC stochează biții de corecție EEC în cache-uri interne și în blocuri externe de memorie rezervată. Verificarea ECC în sine este complet transparentă pentru utilizator. IBECC poate fi activat pentru anumite zone ale memoriei DDR externe cu cerințe ridicate de securitate și fiabilitate și dezactivat pentru alte zone. Zonele de memorie – activate IBECC – sunt supuse unei reduceri a lățimii de bandă, dar în cele mai multe cazuri, creșterea generală a lățimii de bandă a memoriei echilibrează aceste limitări, în comparație cu generația “Apollo Lake”.
Programmable Services Engine
Motorul de servicii programabile (PSE – Programmable Services Engine), “propulsat” de un nucleu ARM Cortex-M7 cu 384 kB de memorie TCM (Tightly Coupled Memory) și 1 MB L2 cache, se află pe chip-ul PCH. PSE este complet programabil de către utilizator, Intel oferind numeroase modele de referință atât în cod sursă, cât și/sau binar:
- Controler Embedded (EC): Relocarea unor funcții EC de la platformă la PCH, gestionarea bateriei, management termic
- Out-of-band management (OOB): Repornire de la distanță, management pornire / oprire
- Network proxy: Latență rețea, trezire a sistemului
- Aplicații de calcul de uz general, cu consum redus de putere: Suport pentru funcționalitate în timp real, calcul DMIP redus, I/O de mică viteză, pentru aplicații IoT (ca alternativă pentru a suporta un microcontroler suplimentar extern)
- Senzor hub: Sarcină redusă pe aplicații cu senzori și fuziune de date la un consum mic de putere
Clienții cu software optimizat ARM pot utiliza kitul de dezvoltare software (SDK) Zephyr pentru a genera, compila și porta propriul cod pe PSE.
Funcționalitate în timp real
Figura 2: Procesorul suportă funcții TSN (Time-Sensitive Networking) și tehnologia Intel TCC (Time Coordinated Computing) – (Sursă imagine: Intel)
Procesorul din seria Intel Atom x6000E are integrate trei adrese MAC de 2.5 GbE (MAC – media access control), toate cu capabilități TSN (Time-Sensitive Networking). În plus, procesorul suportă tehnologia Intel TCC (Time Coordinated Computing) (vezi Figura 2).
Tehnologia Intel TCC Time Synchronization oferă un mecanism hardware pentru coordonarea diferitelor ceasuri din fiecare bloc IP. Intel TCC Timeliness oferă, de asemenea, un mecanism hardware pentru a specifica latența pachetelor de date între blocurile IP. TSN se referă la un set de standarde/specificații și caracteristici bazate pe rețele Ethernet standard, care acceptă aplicații cu timp critic.
Siguranță funcțională
Intel oferă o soluție software cuprinzătoare pentru motoarele Intel Safety Island (SI) din cadrul PCH, pentru a implementa aplicații de siguranță funcțională în timp util (TTM) cu câteva componente suplimentare:
- Performanță: Caracteristici de securitate de înaltă performanță pentru sisteme multinucleu extrem de eficiente, cu consum redus de putere și un nivel ridicat de integrare
- Certificare: Certificare SIL2/Cat.3 PL d, capabilități SIL3/Cat.4 PL e
- Pachet de securitate: Documentație tehnică completă pentru a ajuta clienții cu certificarea sistemului
- Safety Island: Controlere integrate Intel Safety Island, pentru a reduce efortul clientului în implementarea mecanismelor de securitate
- Software de siguranță funcțională: O gamă de componente software de siguranță pentru a detecta defecțiunile hardware
- Criticitate mixtă: Consolidarea ambelor tipuri de sarcini din punct de vedere al siguranței (critice sau nu) pe o platformă de calcul centrală
Soluții de pornire/inițializare (boot)
În dezvoltarea unui sistem proprietar bazat pe un procesor Intel, una dintre provocările care apare este necesitatea unui BIOS. Acest lucru înseamnă, de obicei, utilizarea unei soluții standard de BIOS și a unei personalizări hardware corespunzătoare, dar care duce la costuri suplimentare și taxe de licențiere.
Pentru anumite platforme, inclusiv seria Atom x6000E, Intel oferă, acum, Slim Bootloader. Acesta este un pachet software bazat pe Linux, cu un model de licențiere BSD, ceea ce înseamnă că, spre deosebire de GPL, personalizările nu trebuie recopiate.
(n.red.: Licențele BSD (Berkeley Software Distribution – un sistem de operare de tip Unix-Like) sunt o familie de licențe pentru software liber folosite mai ales de sistemele de operare BSD. Scopul licenței GPL (General Public License) este de da dreptul oricărui utilizator de a copia, modifica și redistribui programe și coduri sursă ale programatorilor care își licențiază operele sub tutela GPL. – sursă: Wikipedia)
Regulator de tensiune complet integrat (FIVR – Fully integrated voltage regulator) pentru un design simplificat: Procesorul din seria Intel Atom x6000E este potrivit pentru o varietate de aplicații, dincolo de utilizarea modulelor standard SMARC, Qseven și COMExpress. SoC are numeroase funcții I/O care nu pot fi acoperite de factori de formă standard. Pentru a utiliza toate aceste funcții noi, sunt deseori necesare proiecte personalizate.
Suport pentru siguranță funcțională: automatizarea industrială crește complexitatea sistemelor hardware și software, iar problema răspunderii în caz de defecțiuni devine din ce în ce mai importantă.
Securitate pentru aplicații de calcul de înaltă performanță: furnizarea de caracteristici de securitate pentru module multinucleu performante, cu consum redus de energie, nivel ridicat de integrare și performanță ridicată. ISI integrat pentru mai puțin efort în implementarea mecanismelor de securitate.
Perioadă mai scurtă de certificare: reducerea costurilor totale de operare pentru client și reducerea timpului de certificare în conformitate cu standardele internaționale (IEC 61508).
Consolidare și reducere a costurilor: consolidarea sarcinilor de lucru critice (sau nu) din punct de vedere al siguranței pe o platformă de calcul centrală pentru a reduce costurile.
Condiții de operare și fiabilitate pentru uz industrial: produsele Intel sunt proiectate pentru o fiabilitate maximă și o durată lungă de viață. Intel oferă o disponibilitate garantată de 15 ani pentru procesoarele EHL. Pentru dispozitive IoT utilizate în medii industriale dure, EHL oferă un interval extins de temperatură de la -40 la +85°C. În plus, IBECC servește pentru a proteja împotriva defecțiunilor sistemului, pentru o fiabilitate sporită.
Figura 3: Intel integrează pachetul software Intel Slim Bootloader în procesul de inițializare a sistemului – (Sursă imagine: Intel)
Securitate și controlabilitate: caracteristicile de securitate de bază integrate sunt disponibile în toate seriile de procesoare Intel. Acestea ajută furnizorii de tehnologie să protejeze platforma și datele și să construiască aplicații de încredere standardizate. Din perspectiva Intel, majoritatea implementărilor IoT necesită o combinație de caracteristici inteligente, performanțe excelente și caracteristici de securitate integrate și cuprinzătoare. EHL oferă o arhitectură completă de referință de securitate IoT, care demonstrează modul în care caracteristicile de securitate încorporate pot proteja dispozitivele inteligente bazate pe tehnologia Intel.
AI, DL și viziune automată: Inteligența artificială (AI) deschide o lume cu noi posibilități pentru companiile producătoare și industriale. AI permite producătorilor să prezică randamentul, calitatea, consumul de energie și alți factori critici. AI poate ajuta, de asemenea, la repararea sistemelor înainte ca acestea să se defecteze, localizarea pungilor de petrol, prevenirea deteriorării recoltelor (culturilor) într-un stadiu incipient și crearea unor medii de lucru mai sigure.
Intel deține un portofoliu complet de produse AI și optimizări pentru framework-uri de rețea neuronală, care permit furnizorilor de tehnologie să se mute în domenii de aplicație complet noi. Intel oferă o gamă completă de produse de imagistică și instrumente software care ajută OEM-urile, ODM-urile și integratorii de sistem să scaleze tehnologiile de imagistică pe întreaga infrastructură, pentru a satisface nevoile individuale ale unei arhitecturi AI în orice moment, cu echilibrul corect de performanță, cost și eficiență.
Concluzie
Pe lângă compatibilitatea standard cu Windows 10, Linux și multe sisteme de operare în timp real, seria Intel Atom x6000E oferă caracteristici familiare de consolidare a volumului de lucru și de virtualizare. PSE-ul de pe PCH, care dispune de numeroase I/O industriale, poate îndeplini o varietate de funcții, care, în trecut, necesitau un microcontroler separat. Anumite procesoare – în funcție de numărul SKU – oferă siguranță funcțională. Împreună cu TCC, TSN supraveghează cu precizie controlere logice programabile, PLC-uri și alte sarcini critice din punct de vedere al timpului, care nu ar putea fi gestionate doar de sistemele bazate pe Windows.
Datorită numărului mare de intrări/ieșiri (I/O) industriale, acest sistem pe cip (SoC) este potrivit pentru soluții optimizate și cost-eficiente, dincolo de factorul de formă standard.
Autor: Bernie Estermann, Business Development Manager Intel
Rutronik | https://www.rutronik.com
