Noile procesoare Intel Atom®, seria x6000E, procesoarele Intel Celeron® și Pentium® N & J (nume de cod Elkhart Lake) impresionează prin dublarea performanțelor grafice în comparație cu versiunile anterioare și prin creșterea cu 50% a performanțelor multi-thread2) față de procesoarele cu până la 4 nuclee din generația anterioară. congatec utilizează acum aceste procesoare pentru plăcile sale embedded Pico-ITX de 2.5 inch, valorificând calitatea lor industrială și anume, cele mai bune performanțe de fiabilitate obținute vreodată.
Odată cu creșterea digitizării și a tendințelor în aplicațiile IoT, chiar și cele mai mici computere edge (situate la marginea rețelei) trebuie să îndeplinească cerințe ridicate de fiabilitate. Start-up-uri, producători sau companii subsidiare le implementează din ce în ce mai mult în aplicații distribuite de mare amploare pentru a-și dezvolta noi modele de afaceri și servicii suportate de IoT. Toți se confruntă cu o provocare similară: aplicațiile lor se apropie de cerințele pieței, dar platformele lor hardware, care adesea provin din diverse aplicații de nișă, nu au o fiabilitate corespunzătoare, deoarece nu au fost proiectate pentru serii mari și medii dure. Cu toate acestea, sistemele industriale de aplicații de calcul intens trebuie să ofere capabilități extrem de fiabile 24/7, pe mai mulți ani. Disponibilitatea pe termen lung și designul robust sunt, prin urmare, esențiale. Plăcile congatec au fost întotdeauna caracterizate exact de aceste calități.
Figura 1: Comparație performanțe Elkhart Lake / Apollo Lake — Plăcile și modulele congatec echipate cu procesoare Intel Elkhart Lake conving pe întreaga gamă, oferind îmbunătățiri semnificative ale performanței față de procesoarele Apollo Lake cu performanțe mai mari pe watt.
Calitate remarcabilă în proiectare
Înalta calitate în proiectare răsplătește performanța: computerul pe o singură placă (SBC − Single Board Computer) conga-JC370 de 3.5 inch a obținut calificări excelente în urma testelor efectuate de Elektor și prezentate în ediția din 23 octombrie 2019. (https://www.elektormagazine.com/news/conga-jc370-juke) Acesta este rezultatul unei selecții atente a componentelor și a unei ajustări meticuloase a software-ului în funcție de hardware. Chiar și la o încărcare completă, placa nu s-a supraîncălzit niciodată. De asemenea, a obținut un scor extrem de bun la testul de viteză UserBenchmark, demonstrând cât de importantă este calitatea în proiectare în ceea ce privește creșterea performanței. Este un fapt bine cunoscut că până și cele mai mari câștiguri de performanță oferite de un procesor pot fi pierdute (sau diminuate) dacă proiectul soluției embedded nu reușește să ofere o creștere a performanței aplicației finale, fără pierderi.
Figura 2: Noile plăci Pico-ITX SBC (Single Board Computer – Computer pe o singură placă) sunt disponibile în multe configurații.
Noi nu am reușit, încă, să testăm la Elektor dacă toate acestea sunt valabile și pentru noua placă SBC de la congatec – Pico-ITX. Dar avem toate motivele să presupunem că placa conga-PA7 Pico-ITX SBC – din care primele mostre sunt deja disponibile – este o creație de înaltă de calitate, care își merită prețul și, în cele din urmă, chiar economisește bani, având în vedere că o incidență în timpul funcționării costă adesea semnificativ mai mult decât o placă nouă! Iar, atunci când este distribuită în cantități mari într-o aplicație, distanța parcursă către dispozitivele afectate costă adesea mai mult decât plăcile. Așadar, calitatea în proiectare dă roade invariabil. Pe lângă calitatea remarcabilă, noua placă Pico-ITX este scalabilă de la 6 la 12 wați și oferă un set impresionant de caracteristici.
‘Edge computing’ în timp real
Noua placă SBC conga-PA7 este disponibilă în 8 nivele diferite de performanță cu procesoare Intel Atom® – seria x6000E – precum și cu procesoare Intel Celeron® și Pentium® N & J în tehnologie de fabricație de 10 nm, de putere redusă. Versiunile Intel Atom® X6425RE, Intel Atom® X6414RE sau Intel Atom® X6212RE ale noii plăci SBC acceptă chiar și intervalul extins de temperatură de la 40°C la + 85°C. Acum, acestea suportă până la 16 GB de memorie LPDDR4x și viteze de transfer de date de până la 4267 MT/s. Pentru aplicații critice, modul ECC ‘in-band’ poate fi activat în BIOS, permițând OEM-urilor să obțină același nivel de securitate a datelor utilizând memorii RAM standard, în locul memoriilor ECC scumpe. Acestea sunt caracteristici perfecte pentru aplicații robuste în timp real. Alte funcții extrem de binevenite pentru aplicații IoT tactile includ 2x Gigabit Ethernet în combinație cu Intel® TCC (Time Coordinated Computing), TSN (Time Synchronized Networking) și suport în timp real pentru RTS Hypervisor de la Real-Time Systems. Acestea sunt îmbunătățiri masive pentru aplicații de automatizare și control, variind de la controlul proceselor distribuite în rețele inteligente de energie până la robotică inteligentă sau PLC-uri și CNC-uri pentru fabricarea componentelor discrete. Alte aplicații în timp real pot fi găsite în tehnologia de testare și măsurare, precum și în aplicații de transport și inginerie auto, inclusiv sisteme feroviare sau vehicule autonome conectate.
Figura 3: Placa Pico-ITX oferă o gamă largă de interfețe, în ciuda factorului mic de formă, de 2.5-inch.
Procesare grafică semnificativ mai puternică decât înainte
Desigur, noua placă Pico-ITX cu procesoare Intel Atom, Celeron sau Pentium se potrivește perfect și pentru aplicații care nu necesită procesare în timp real, deoarece aceste procesoare oferă multe caracteristici și funcții suplimentare, care sunt esențiale pentru sistemele embedded extrem de conectate. POS-urile, chioșcurile și sistemele de semnalizare digitală sau terminalele de jocuri de noroc și loto sunt doar câteva exemple de instalații distribuite care necesită comunicare M2M. În acest scop, toate variantele dispun de puternicele unități grafice de procesare Intel® Gen 11 UHD, care oferă până la 32 de unități de execuție și, prin urmare, dublează, efectiv, performanța grafică comparativ cu generația anterioară de procesoare embedded Intel Atom.
În plus, deoarece placa suportă toate API-urile majore de accelerare, cum ar fi DirectX 12, OpenGL 4.5, Vulkan 1.1, OpenCL 1.1 și Metal, aceasta pare să fie predestinată atât pentru aplicații grafice 3D, cât și pentru o gamă largă de aplicații bazate pe GPGPU (General-Purpose Graphics Processing Unit). Aplicațiile video intense, de exemplu, semnalizare digitală, jocuri, streaming3) și sisteme AV head-end, beneficiază de codificare cu accelerare hardware și decodificare a celor mai recente codec-uri, precum HEVC (High Efficiency Video Coding) (H. 265) și VP9 sau a celor anterioare, larg utilizate, AVC (Advanced Video Coding) (H.264) și AV1.
PCIe Gen 3 – disponibilă acum și pentru aplicații ‘low power’
Extensiile generice pot fi conectate printr-un soclu M.2 Tip B cu 2x PCIe Gen 3/SATA și USB 2.0 sau printr-un soclu M.2 E cu 1x PCIe Gen 3 și USB 2.0. Tehnologia de magistrală PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) din a treia generație (Gen 3) în combinație cu procesoare ‘low power’ reprezintă o soluție nouă pe o placă atât de mică. Pentru mulți dezvoltatori, dublarea capacității de transfer a datelor periferice la maxim 32 Gigabyte/s (16 Gigabyte per canal de ieșire/intrare) va fi de o importanță crucială. O altă caracteristică nouă este suportul interfeței USB 3.1 din a doua generație (Gen2), care oferă o creștere semnificativă a performanței, în comparație cu USB 3.1 Gen1. Cu până la 10 GBit/s, acest lucru permite transferuri de date de două ori mai rapide comparativ cu USB 3.1 Gen1, făcând posibilă – pentru prima dată – transferarea semnalelor video UHD necomprimate prin USB, de exemplu, de la o cameră la un monitor.
Figura 4: Unitatea centrală (CPU) este plasată pe partea inferioară a plăcii SBC Pico-ITX. Soluțiile de răcire pasivă, fără ventilator, disipă căldura direct în carcasă, rezultând un sistem robust, cu o durată de viață lungă și MTBF ridicat (MTFB – timp mediu de operare între două defectări), fără piese în mișcare.
Un element de referință: Conectorul USB de tip C.
Placa Pico-ITX oferă în plus 2x USB 2.0 prin conectori interni și 2x porturi externe USB 3.1 Gen 2 tip A. Punctul culminant este oferit de conectorul USB de tip C cu USB 3.1 Gen 2 pentru viteze de transfer de date de până la 10 Gbit/s, precum și DisplayPort și PD (Power Delivery), care pot fi utilizate pentru a conecta un afișaj extern printr-un singur cablu. Două display-uri suplimentare pot fi conectate prin 1x DP ++ și LVDS/eDP/MIPI DSI. O unitate primară pentru inițializare (boot) și stocare cu până la 64 GB poate fi integrată pe placă prin UFS 2.0 (Universal Flash Storage). Aceasta oferă o lățime de bandă semnificativ mai mare, un transfer de date mai rapid și o capacitate de stocare mai mare decât eMMC. 2 x COM (RS232/RS485), 8x GPIO, opțional 2x CAN bus și Intel® LPE Audio prin I2S, completează setul de interfețe oferit de noua placă SBC Pico-ITX, care suportă, de asemenea, toate sistemele de operare relevante: Windows 10, inclusiv toate versiunile Windows 10 IoT, Wind River VxWorks, Android și toate versiunile actuale de Linux. Toate acestea sunt disponibile pe o amprentă uimitoare de 100 × 72mm.
Figura 5: Pe lângă plăcile Pico-ITX, procesoarele Intel Atom se regăsesc și pe alte plăci embedded cu factori de formă diferiți, aflate în oferta congatec, precum COM Express Type 6 și 10, SMARC și Qseven.
Administratorii IT vor adora, de asemenea, funcțiile plăcii de management de la distanță: De exemplu, noile plăci și module ale congatec bazate pe procesoarele Intel Atom, Celeron și Pentium oferă opțiuni inovatoare, executabile în coprocesor pentru un managent OOB (out-of-band) complet, plus o gamă completă de caracteristici de securitate încorporate precum ‘boot’ verificat, ‘boot’ măsurat, Intel® Platform Trust Technology (Intel® PTT) și Intel® Dynamic Application Loader (Intel® DAL) pentru a dezvolta aplicații consistente și de încredere deplină.
Suport complet de virtualizare pentru consolidarea hardware-ului
Figura 6: Kitul congatec bazat pe Intel IoT RPF (Ready for Production) pentru consolidarea volumului de lucru se concentrează pe virtualizare în timp real utilizând tehnologie hipervizor RTS.
Bineînțeles, virtualizarea hardware joacă un rol important în sistemele conectate în timp real, deoarece multitaskingul în timp real este o cerință cheie pentru dispozitivele IoT și Edge. Procesoarele Intel Atom suportă virtualizare cu tehnologia Intel VT, care este o adiție importantă pentru tehnologiile de hipervizor în timp real, precum cele oferite de congatec, cu RTS Hypervisor. De exemplu, tehnologia Intel VT suportă virtualizare I/O cu o singură rădăcină (SR-IOV)4). Aceasta permite mai multor aplicații găzduite în mașini virtuale cu sisteme de operare de uz general (GPOS) să acceseze în mod nativ o interfață I/O, de exemplu una dintre interfețele Ethernet. Aceasta este o caracteristică destul de atractivă, mai ales că oferta unor asemenea interfețe este limitată.
Figura 7: Diagrama bloc a noii plăci SBC Pico-ITX de la congatec.
RTS Hypervisor de la filiala congatec – compania Real-Time Systems – se combină perfect cu capabilitățile hardware de virtualizare ale procesoarelor Elkhart Lake pentru a rula aplicații critice în timp real – în paralel cu alte sisteme de operare multifuncționale precum Linux și Windows, fără a provoca latență. Deci, virtualizarea ajută în primul rând la consolidarea sarcinilor pe un singur sistem, numărul acestora crescând rapid în sistemele de control industrial de ultimă generație, unde, pe lângă sarcinile propriu-zise de control, deseori, sunt necesare și alte interacțiuni în timp real. În plus, într-o aplicație tipică IIoT, schimbul de date este necesar atât pentru a monitoriza mașinile distribuite și pentru a optimiza performanța echipamentelor, cât și pentru executa operații de întreținere predictivă. Multe aplicații necesită, de asemenea, integrarea inteligenței artificiale bazate pe viziune. Toate plăcile și modulele de la congatec echipate cu noile procesoare Intel Atom, Celeron și Pentium suportă RTS Hypervisor, o caracteristică disponibilă – în acest caz – numai la congatec.
Inteligență artificială și ‘viziune mașină’
Inteligența artificială este folosită pe scară largă pentru o analiză ‘edge’5) din zilele noastre. Noile procesoare Intel suportă un portofoliu extins de produse AI și optimizări pentru framework-uri comune. Este de remarcat, în special, suportul OpenVino și Microsoft ML. Microsoft ML este o bibliotecă software gratuită de învățare automată pentru limbajele de programare C # și F #. De asemenea, aceasta suportă modul Python atunci când este utilizată împreună cu NimbusML. Setul de instrumente OpenVINO™ include setul de instrumente Intel® Deep Learning Deployment Toolkit, OpenCV optimizat și rutine de codare și decodare media, precum și 20 de modele pre-instruite și mostre de cod. Un mod eficient de a începe cu viziunea pe computer și OpenVINO este kitul de consolidare a volumului de muncă de la congatec pentru aplicații de conștientizare a situației, bazate pe viziune. Kitul este o aplicație gata de utilizat, de exemplu, pentru conștientizarea contextului pentru roboți, vehicule autonome și supraveghere video, numărare pasageri și pietoni sau sisteme de verificare automată în piața de retail.
Kit de consolidare a volumului de lucru pentru aplicații de tip viziune mașină
Kitul congatec de consolidare a sarcinilor de lucru pentru aplicații de conștientizare a situației, bazate pe viziune – calificat Intel® IoT RFP Ready Kit – demonstrează beneficiile virtualizării în materie de eficiență. Kitul oferă trei mașini virtuale (VM) pentru consolidarea volumului de lucru al aplicațiilor de viziune, bazate pe tehnologie hipervizor de la Real-Time Systems (RTS). O mașină virtuală (VM) rulează o aplicație AI bazată pe viziune, utilizând software-ul Intel® OpenVino™ pentru conștientizarea situației. A doua mașină virtuală (VM) operează în timp real și rulează software de control determinist, în timp ce a treia mașină virtuală (VM) acționează ca gateway IIoT/Industry 4.0. Kitul congatec, care a fost dezvoltat în cooperare cu Intel și RTS și poate fi disponibil și cu noua generație de procesoare Intel Atom, vizează următoarea generație de robotică colaborativă bazată pe viziune, controlul mașinilor și vehiculele autonome, care trebuie să îndeplinească sarcini multiple în paralel, inclusiv conștientizarea situației bazată pe algoritmi AI, bazați, la rândul lor, pe învățarea profundă (deep learning).
Autor:
Zeljko Loncaric, este inginer în cadrul departamentul de Marketing al companiei congatec.
Resurse adiționale:
1) ‘Edge computing’ este o paradigmă de calcul distribuit care aduce calculul și stocarea datelor mai aproape de locația unde acestea sunt necesare – la marginea rețelei – pentru a îmbunătăți timpul de răspuns și pentru a economisi lățimea de bandă. (sursă: Wikipedia (EN))
2) Principiul de multithreading presupune execuția mai multor thread-uri în același pipeline, fiecare având propria secțiune de timp în care este menit să lucreze. Odată cu creșterea capabilităților procesoarelor, au crescut și cererile de performanță, asta ducând la solicitarea la maxim a resurselor unui procesor. Necesitatea multithreading-ului a venit de la observația că unele procesoare puteau pierde timp prețios în așteptarea unui eveniment pentru o anumită sarcină.
3) Streaming (engleză: stream – curgător, flux continuu) este o tehnologie multimedia prin care transferul de date de la sursă la destinație este perceput ca un flux continuu. Prin streaming fișierele video sau audio se deschid și rulează în timp real, în timp ce se încarcă.
4) SR-IOV (Single root I/O virtualization) este o arhitectură standard PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) care defineşte extensii pentru ca specificaţiile PCIe să activeze partiţii logice multiple care rulează simultan pe un sistem pentru a partaja dispozitive PCIe. Arhitectura defineşte replici virtuale ale funcţiilor PCI cunoscute ca funcţii virtuale (VF). O partiţie logică se poate conecta direct la un adaptor SR-IOV VF fără a trece printr-un intermediar virtual (VI) cum ar fi un Hipervizor POWER or Virtual I/O Server. Acest lucru oferă o latenţă mică şi o utilizare CPU scăzută evitând un VI. ( https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/ro ); Virtualizare – este mecanismul prin care se creează o entitate cu (aproape) toate funcționalitățile unei entități fizice, fără ca aceasta să existe fizic
5) Analiza Edge este colectarea, procesarea și analiza datelor la marginea unei rețele, fie la un senzor, un comutator de rețea sau alt dispozitiv conectat, fie lângă acesta.