Congatec Qseven Module:
Neue Performanceklasse:
APU mit QSeven
Die nackte Prozessorleistung ist für die meisten Embedded-Computing-Applikationen nicht mehr das ausschlaggebende Kriterium. Viel entscheidender sind heute eine attraktive Kombination aus Rechen- und Grafikleistung bei geringem Energieverbrauch und ein platzsparendes Design. Die neuen Accelerated Processing Units (APUs) der AMD Embedded G-Series wurden exakt für diese Applikationsanforderungen entwickelt. Auf einem 70x70mm kleinen Qseven-Modul macht congatec diese neue langzeitverfügbare Performanceklasse nun für sowohl extrem platzsparende stationäre als auch mobile Embedded-Applikationen verfügbar.
Vergleicht man die Rechenleistung der Prozessoren über die letzten Jahre hinweg, so kann man erkennen, dass diese sich von Prozessorgeneration zu Prozessorgeneration ungefähr verdoppelt hat, bei gleicher oder sogar reduzierter Energieaufnahme. Gleichzeitig wuchsen auf der Nutzerseite aber auch die Leistungsansprüche. Neben den höheren Anforderungen bei den Datenraten unterschiedlicher Interfaces wie beispielsweise SATA, sind auch die Anforderungen durch höhere Display-Auflösungen und immer ausgefeiltere grafische Benutzeroberflächen gestiegen. Letztere sollen nicht nur die Benutzerfreundlichkeit, sondern auch die Wertigkeitswahrnehmung steigern und sind somit mitunter kaufentscheidend.
Ausgewogene Grafik- und Rechenleistung
Die meisten Applikationen benötigen also in der Regel gar nicht mehr generische Rechenleistung, als sie bereits von den neuen Low-Power x86er-Plattformen geliefert wird. Viel wichtiger ist, bedingt durch die Einführung innovativer Bedienkonzepte über Multitouch und die immer aufwendigeren GUI-Designs, eine höhere Grafikperformance. Bis vor Kurzem stellte diese Anforderung jedoch noch eine große Herausforderung auf dem Embedded-Computing-Markt dar: Die Rechenleistung der Plattformen stand im krassen Missverhältnis zur verfügbaren integrierten Grafikleistung. Wer mehr Grafikleistung wollte, musste bis dato entweder auf überdimensionierte CPUs oder auf dedizierte, platzraubende GPUs zurückgreifen. Das führte nicht nur zu einem höheren Leistungsbedarf (und -verbrauch), sondern limitierte auch die Möglichkeiten, sehr kompakte Designs umzusetzen: Mehr Leistung bedeutet nämlich auch größere Akkus und aufwendigere Kühllösungen. Diese limitierenden Faktoren standen im Widerspruch zu der wachsenden Nachfrage nach immer kompakteren Embedded- Computing-Lösungen, denn der Trend zu mehr Mobilität, die wir alle in Form von Mobiltelefonen und Notebooks nutzen, weitet sich auf ein breiteres Spektrum von Embedded-Anwendungen und -Märkten aus. Ungeahnte Anwendungsmöglichkeiten erschließen sich. Beispielsweise für den Einsatz in robusten mobilen Handheld-Geräten, in kompakten Thin Client HMIs und Panel-PCs oder in dezentralen POS/Digital-Signage-Lösungen. Eine Herausforderung für viele Embedded-Entwickler: Auf der einen Seite benötigen sie grafikstarke x86er-Technologie, um die gewünschte Applikation möglichst effizient und orientiert am Kundennutzen programmieren zu können. Auf der anderen Seite muss die Leistungsaufnahme und Baugröße des Systems möglichst kompakt sein.
Neue APUs für ein lüfterloses Design
Um genau dieser Anforderung gerecht zu werden, stellt AMD Entwicklern mit den Embedded- G-Series-Prozessoren die passenden langzeitverfügbaren Technologieplattformen bereit. Denn die sogenannten Accelerated Processing Units (APUs) kombinieren einen oder mehrere Low-Power x86er-Prozessorkerne mit einer leistungsstarken DirectX 11-fähigen Grafikeinheit auf nur einem Silizium. Neben DirectX 11 unterstützt die integrierte AMD-Radeon-HD6250-Grafik auch OpenGL 4.0 und bietet damit eine hohe Performance bei der Wiedergabe von Bild-, Video- und 3D-Inhalten, die auf zwei unabhängigen Displays dargestellt werden können. Zum Funktionsumfang der APUs gehören außerdem ein dedizierter UVD 3.0 HD-Video-Beschleuniger sowie Controller für DDR3 Speicher- und PCI Express 2.0. Dieser hohe Integrationsgrad auf einem extrem kleinen Footprint (361qmm) macht die APUs nicht nur besonders platzsparend, sondern auch sehr energieeffizient. Schon die ersten verfügbaren APUs zeichneten sich durch eine in Relation zu dem gebotenen Featureset extrem geringe TDP von 9W oder 18W aus. Neuere APUs der AMD Embedded G-Series bieten bei identischem Featureset sogar einen nochmals reduzierten Leistungsbedarf: So liegt die TDP einer x86er-Dualcore-Plattform erstmals auf einen Wert weit unterhalb von 10W. Mit 6,4W maximal abzuführender Wärmeleistung – so die Definition der Thermal Design Power – liegt die maximale Wärmeabgabe des AMD G-T40E Dualcore-Prozessors unterhalb der Grenze, ab der komplett geschlossene, lüfterlose Designs ohne große Designaufwendungen möglich sind und bei denen passende Box-Systeme sogar mit Power-over-Ethernet betrieben werden könnten, da 15W aktuell und 30W zukünftig allemal reichen.
Applikationsentwicklung mit Embedded-Modulen
Für Applikationsentwickler, die von den Vorteilen der neuen Prozessortechnologie auf einem platzsparenden Embedded-Formfaktor profitieren und dabei nicht auf einen individuellen Schnittstellenzuschnitt verzichten möchten, bieten Embedded-Computer-Module einen idealen Lösungsansatz. Diese kompakten Embedded-PCs integrieren die wichtigsten Core-Komponenten wie Prozessor, Grafikeinheit und eine Vielzahl von standardisierten Interfaces auf einer einzelnen Baugruppe. Die vorhandenen Interfaces werden mithilfe eines Basisboards, auf welches das Embedded-Computer-Modul aufgesteckt wird, in physikalische Schnittstellen in variabler Anzahl und Ausprägung überführt. Da bei diesem Ansatz lediglich das Basisboard mit den gewünschten Schnittstellen passend zu den Applikationsanforderungen entwickelt werden muss, sparen Applikationsentwickler kostbare Entwicklungskosten und -zeiten.
Der kleinste
Modul-Formfaktor
Ein besonders kompaktes Embedded-Computer-Modul auf Basis der neuesten AMD G-Series APUs, das Entwickler als standardbasierte Zukaufkomponente beziehen können, bietet congatec jetzt mit dem Qseven Modul conga-QAF an. Qseven ist der offene Standard im Embedded-Computing-Bereich, der sich durchgesetzt hat, speziell für mobile Anwendungen und ist damit bestens für die Embedded- Low-Power-Prozessoren der AMD G-Serie geeignet. Die congatec AG war dabei die treibende Kraft unter den Gründungsmitgliedern des Qseven-Konsortiums. Mittlerweile sind über zwanzig Unternehmen in dem überaus agilen Konsortium aktiv – aus gutem Grund: Qseven Embedded-Computer-Module bieten im Vergleich zu Standard-Singleboard-Computern mehrere Vorteile. Durch die Aufteilung in CPU-Board und kundenspezifisches Carrier-Board verringern sich die Entwicklungskosten, das Produkt ist schneller am Markt und die Entwicklungsressourcen konzentrieren sich auf die wettbewerbsentscheidenden individuellen hardwarenahen Features. Die Produkte sind zudem hinsichtlich ihrer Performance besser skalierbar und durch problemlosen Technologie-Upgrade ist eine wesentlich höhere Investitionssicherheit gewährleistet. Zusätzlich kann der Second-Source Philosophie deutlich besser Rechnung getragen werden. Die Bezeichnung Qseven geht auf die nicht mehr als 70x70mm betragenden Abmessungen des Moduls zurück. Auf dieser kompakten Fläche lassen sich leistungsfähige, äußerst stromsparende PC-Plattformen mit umfangreicher Schnittstellenausstattung implementieren. Somit ist Qseven auch für Integrationen in kompaktesten Systemen und Handheld-Geräte bestens geeignet.
Klare Zukunftsausrichtung ohne Altlasten
Schon bei der Konzeption des Qseven-Standards wurde auf unnötigen Ballast konsequent verzichtet. Die klare Zukunftsausrichtung zeigt sich bereits bei der Schnittstellenausstattung: Qseven setzt durchweg auf modernste, serielle Technologien wie PCI Express und Serial-ATA. Displays werden beispielsweise nicht mehr auf analogem Weg, sondern ausschließlich digital angesteuert. Die besondere Flexibilität besteht im Bereich der grafischen Ausgabemöglichkeiten. Neben einer direkten Panel-Ansteuerung über LVDS werden mit Qseven auch die neuen Displaystandards SDVO, HDMI und DisplayPort unterstützt. Über einen zweiten Grafikport kann ein weiteres Display mit unabhängiger Auflösung und eigenem Inhalt betrieben werden. Die physikalischen Signale dieses Grafikports werden von SDVO, DisplayPort und HDMI gemeinsam genutzt. Ein Hot-Plug- Mechanismus erkennt, welche Art von Option vom Kunden verwendet wird, und konfiguriert den Grafikcontroller entsprechend. Qseven-Module benötigen eine einfache 5V-Versorgungsspannung. Üblicherweise ist diese Spannung schon auf dem Carrier-Board vorhanden, um USB oder andere externe Devices zu versorgen. Um die erweiterten Stromsparmöglichkeiten nutzen zu können, ist eine zusätzliche 5V-Standby-Spannung nötig. Alle Signale zur einfachen Realisierung batteriebetriebener Geräte sind bereits im Qseven-Standard definiert.
Industriegerechte Interfaces
Speziell für industrielle Anwendungen spezifiziert Qseven zusätzliche Funktionen. Neben Watchdog Timer, I²C Bus, LCD-Helligkeitskontrolle und BIOS-User- Speicherbereichen können auch Systemtemperaturen ausgelesen werden. Hierfür wurde in der Qseven-Spezifikation ein einheitliches Software-API (Application Programm Interface) definiert, sodass Qseven-Module unterschiedlicher Hersteller ohne Hard- und Software-Modifikationen flexibel untereinander austauschbar sind.
Der Kundennutzen
Dank der hohen Integration der Accelerated Processing Units von AMD und dem besonders kleinen und flach bauenden Formfaktor Qseven ist es möglich, mit den conga-QAF Embedded-Computer-Systeme zu entwickeln, die unschlagbar sind im Gewicht, der Akkulaufzeit und der Video-Performance. Entwickler können so mehr Mobilität, wie wir sie alle in Form von Tablets und Notebooks nutzen, auf ein breiteres Spekt-rum von Embedded Anwendungen und Märkten mit zum Teil ungeahnten Anwendungsmöglichkeiten ausdehnen.
Kasten: Das Qseven-Modul, conga-QAF, ist der bislang kleinste Footprint für die AMD G-Series
Durch das neue 70x70mm große Qseven-Modul erweitert congatec seine Produktfamilie um ein drittes Modul und bietet Multicore-Technik mit hoher Leistung für kosten- und verbrauchssensitive Applikationen zur Steuerung und Visualisierung. Erhältlich ist das COM in den Prozessor-Varianten AMD T40E mit 6,4W und Single-Core T40R mit 5,5W. Beide verfügen über einen 64KB L1 Cache und 512MB L2 Cache für jeden verfügbaren Core. Mit dem neuen AMD Hudson-E1 Fusion Controller-Hub stellt das COM eine leistungsfähige kompakte 2-Chip-Lösung mit bis zu 4GByte schnellem onboard DDR3-Speicher dar. Der integrierte Grafikcore mit dem Universal Video Decoder 3.0 für die flüssige Verarbeitung von BluRays mit HDCP (1080p), MPEG-2, HD und DivX (MPEG-4) Videos unterstützt DirectX 11 und OpenGL 4.0 für eine schnelle 2D- und 3D-Bilddarstellung sowie OpenCL 1.1. An Grafikinterfaces werden LVDS sowie DisplayPort oder HDMI ausgeführt. Im Detail betrachtet werden 8x USB 2.0, 2x SATA, 1x SDIO, 4x PCIe, LPC Bus, I²C Bus, Gigabit Ethernet sowie High Definition Audio unterstützt.
