Verlustleistung reduzieren – Wärmeableitung verbessert
Hochwertige Applikationen sind auf längerfristigen Einsatz ausgelegt und müssen über den kompletten Lebenszeitraum die Zuverlässigkeit sicherstellen. Werte wie MTBF (Mean-Time-Between-Failure) werden dabei nicht selten als Indikatoren verwendet. Damit lässt sich auch leicht erkennen, welche wesentlichen Faktoren auf die langfristige Zuverlässigkeit Einfluss haben: Als äußerer Einflussfaktor ist dies die Temperatur. Je wärmer Komponenten werden, desto schneller nehmen die Lebensdauer und die Ausfallsicherheit ab. Im Umkehrschluss heißt das, dass die auftretende Verlustleistung verringert und die Wärmeableitung verbessert werden müssen. Je weniger Verlustleistung entsteht, desto einfacher ist es, das System zu kühlen und die auftretenden Temperaturen zu verringert. Gut geeignet sind hier Prozessoren, die mit neuesten Fertigungstechnologien hergestellt werden und zudem starkes Powermanagement aufweisen. Dazu zählen im Einstiegssegment die Intel Atom-Prozessoren der E3800-Serie (ehemaliger Codename: Bay Trail) sowie die im höheren Leistungssegment angesiedelten Intel Core-Prozessoren der 5. Generation, die Intel Anfang 2015 ganz neu als Single-Chip-Versionen (ehemaliger Code-Name: Broadwell-U) vorgestellt hat. Betrachtet man die Verbesserung der Entwärmung, so ist besonderes Augenmerk auf den thermischen Flaschenhals am CPU-Die zu legen. Der größte Teil der Gesamtverlustleistung entsteht auf nur wenigen Quadrat-Millimetern und muss mit möglichst geringem Wärmeübergang auf eine größere Fläche verteilt werden, um Hotspots und unnötige Erwärmung zu vermeiden. Bei COM Express sind dazu Kühllösungen mit einheitlichem Höhenprofil definiert, die jeder Hersteller auf seine jeweiligen Module abstimmt. Diese werden fest mit dem CPU-Modul verbunden, um die Toleranzen zwischen CPU-Die und thermischer Anbindung zu verringern. Besondere Verbesserungen können hier Hersteller wie TQ-Systems erzielen: Durch die hausinterne Fertigung der CPU-Module unter stabil reproduzierbaren Lötprozessen können mechanische Toleranzen im Bereich der CPU weit unter den vom CPU-Hersteller angegebenen allgemeinen Höhentoleranzen realisiert werden.
ECC und erweiterter Temperaturbereich
Wer kennt sie nicht: sporadische Systemabstürze oder nicht nachvollziehbare Aussetzer von Applikationen. Um ein dauerhaftes Einfrieren des Systems zu unterbinden, kommen in vielen Fällen Gegenmaßnahmen wie Watchdogs zum Einsatz. Sie booten das System neu, wenn es nicht mehr reagiert. Diese Maßnahme ist aber nur ein drastischer Workaround und behebt nicht die Ursache an sich. Zudem ist ein Reboot in vielen Systemen auch nicht zulässig, da eine dauerhafte Verfügbarkeit sichergestellt werden muss. Viel effizienter ist es, mögliche Ursachen auszuschließen. Bei Flash-Speichern werden standardmäßig im Controller selbst automatisierte Error-Korrekturmaßnahmen angewendet. Im Bereich des Arbeitsspeichers bleibt dies oft unberücksichtigt. Zwar ist die DDR3-Speichertechnologie sehr viel zuverlässiger als Flash-Speicher, jedoch werden Abermillionen von Bits sekündlich zwischen CPU und Arbeitsspeicher ausgetauscht. Wenn hier nur ein Bit kippt oder falsch übertragen wird, kann dies zu einem Systemausfall führen, ohne dass die Ursache hierfür identifiziert werden kann. Prozessoren wie der Intel Atom E3800, der für den Einsatz in hochzuverlässigen Systemen ausgelegt ist, bieten bei extremen Temperaturbedingungen die Option von DDR3 ECC (Error Correcting Code). Hierfür muss ein zusätzlicher DDR3-Speicherbaustein vorgesehen werden, um Check-Summen zu speichern. Der geringe Aufpreis zahlt sich jedoch in punkto Systemstabilität und hohe Datenintegrität aus. Implementiert wurde dies z.B. beim COM Express Mini basierenden Modul TQMxE38M von TQ, das sich durch Zuverlässigkeit und Langlebigkeit auszeichnet. Durch den Einsatz von COM Express-Modulen hat man nicht nur den Vorteil der Skalierbarkeit und Austauschbarkeit, sondern auch auf Systemstabilität und Robustheit.
