Kein ‚kalter Kaffee‘ für IoT

Die achte Auflage der Core-i- und Xeon-Prozessoren von Intel mit dem Codenamen ‚Coffee Lake‘ bietet eine Reihe von Verbesserungen, etwa mehr Rechenkerne und Threads. Dies ist wichtig, weil IoT-Systeme und Industrie-PCs eine höhere Performance bieten müssen. Mainboards für Industrierechner mit Coffee-Lake-CPUs sind bereits verfügbar.

Mainboards wie das D3634-S im Format Mini-ITX sind für kompakte
Industrie-PCs und IoT-Komponenten ausgelegt. (Bild: Fujitsu Technology Solutions GmbH)

Entwickler und Nutzer von Industrie-PCs (IPCs) und Systemen für IoT-Anwendungen haben oft ihre Probleme mit der Produktpolitik der Prozessorhersteller. Denn obwohl diese immer wieder neue Plattformen auf den Markt bringen, sind die Veränderungen oft nur minimal. Für die Hersteller von IPCs, IoT-Gateways oder Embedded-Systemen erhöht sich jedoch der Aufwand. Denn sie müssen ihre Systeme auf die neuen Prozessoren und Chipsätze umstellen, zertifizieren, testen und über den gesamten Lebenszyklus eine professionelle Produktpflege gewährleisten.

(Bild: Fujitsu TDS GmbH)

Coffee Lake: Mehrere Schritte vorwärts

Doch es gibt Plattformen, die eine genauere Betrachtung verdienen. Dazu zählt die achte Generation der Core-i-Prozessoren von Intel und der entsprechenden (Entry-Level) Workstation-Version (Xeon E 21xx). Im Vergleich zu Skylake und Kaby Lake, weisen die CPUs der achten Generation deutliche Verbesserungen auf. So stehen bei den Core-i7-Modellen jetzt Versionen mit bis zu sechs Rechenkernen (Cores) und zwölf Threads zur Verfügung. Die Vorgänger waren auf maximal vier Cores und acht Threads limitiert. Auch bei den Core-i5-Modellen können Entwickler ihre IPCs nun mit CPUs mit jeweils sechs statt vier Cores und Threads ausrüsten. Analog dazu hat Intel bei den Core-i3-Prozessoren die Zahl der Kerne erhöht – von zwei auf vier. Das ist vor allem für Hersteller von Panel-PCs, Kiosksystemen und POS-Komponenten (Point of Sales) eine gute Nachricht. Denn in diesen Bereichen kommen häufig Systeme mit CPUs dieser Leistungsklasse zum Einsatz.

Übersicht über die Intel Core-i-Prozessoren der achten Generation:
Sie zeichnen sich durch eine höhere Performance und mehr Rechenkerne aus. (Bild: Intel Deutschland GmbH)

Nicht nur die Kerne sind wichtig

Beim Vergleich der Core-i-CPUs der siebten und achten Generation fällt auf, dass die Coffee-Lake-Versionen mit einer niedrigeren Basisfrequenz arbeiten. Beim Core i7-8700 liegt sie beispielsweise bei 3,2GHz, beim Core i7-7700 bei 3,6GHz. Dafür können die neuen Prozessoren bei Lastspitzen die Frequenz kurzzeitig in stärkerem Maß erhöhen: Der Core i7-8700 bis auf 4,6GHz, der i7-7700 dagegen nur auf 4,2GHz. Der Hintergrund ist, dass mehr Rechenkerne auch mehr Wärme produzieren. Um den TDP-Wert (Thermal Design Power) nicht zu erhöhen, mussten daher die Taktfrequenzen reduziert werden. Zu hohe TDP-Werte würden speziell bei Embedded- und Industrierechnern einen erhöhten Aufwand für eine effektive Kühlung bei erhöhten Umgebungstemperaturen erfordern. Eine weitere Verbesserung der Core-i-Prozessoren der 8er Reihe ist die höhere Bandbreite der DDR4-RAM-Chips. Sie liegt bei 2.666MHz statt 2.400MHz. Zudem haben Nutzer nun mehr Optionen, um Peripheriesysteme anzuschließen. So unterstützen die CPUs USB-C-Schnittstellen mit bis zu 10GBit/s (USB3.1 Gen 2). Außerdem ist der integrierte Grafikchip Intel UHD 630 für eine Auflösung von bis zu 4096×2304 Bildpunkten bei 60Hz ausgelegt. Davon profitieren Anwendungen, die eine hohe Grafikleistung erfordern, etwa die optische Qualitätskontrolle in der Industrie und medizintechnische Systeme.

Führende Hersteller wie Fujitsu bieten mittlerweile Versionen ihrer Mainboards für den
industriellen und semi-industriellen Bereich
an, die sich mit Core-i-Prozessoren der achten Generation von Intel bestücken lassen. (Bild: Intel Deutschland GmbH)

Mainboards für industriellen Einsatz

Mainboards für IoT-Systeme und IPCs mit den neuen Prozessoren sind bereits vorhanden. Ein Beispiel sind die Boards der Extended Lifecycle Series von Fujitsu. Sie kommen für Anwendungen im semi-industriellen Umfeld in Betracht. Dazu zählen Workstations, Systeme in der Medizintechnik, Bedienterminals sowie Panel-PCs (Human Machine Interaction). In diesen Bereichen ist es wichtig, dass die Mainboards mindestens drei Jahre oder länger erhältlich sind. Zudem müssen die Systeme – und damit auch die Mainboards – für einen Dauerbetrieb bei Temperaturen von bis zu 50°C ausgelegt sein. Noch höher sind die Anforderungen bei Boards, die in der Industrie verwendet werden, etwa in Fertigungsumgebungen. Neben einem erweiterten Temperaturbereich und strikter Revisionskontrolle ist auch eine Verfügbarkeit von sechs Jahren erforderlich.

(Bild: Fujitsu TDS GmbH)

Wahlmöglichkeit bei Chipsets und Formfaktoren

Wichtig ist außerdem, dass Entwickler auf Mainboards in mehreren Formfaktoren und mit unterschiedlichen Chipsets zugreifen können. Erst dadurch haben sie die Möglichkeit, maßgeschneiderte IoT-Systeme und IPCs zu entwerfen. Zusammen mit den neuen Core-i-CPUs hat Intel passende Chipsätze vorgestellt, darunter den H310, B360, Q370 und C246. Sie unterscheiden sich im Funktionsumfang und Preis. Der H310 ist beispielsweise auf dem D3674-B von Fujitsu im besonders kompakten Format Thin Mini-ITX zu finden, ebenso auf dem Industrial Mainboard D3634-S (Mini ITX). Dieser Chipsatz befindet sich auf der Embedded Roadmap von Intel und ist deshalb auch langfristig verfügbar. Auf hohe Ansprüche ist dagegen der Q370 ausgelegt – mit Schnittstellen für PCI-Express 3.0 und USB3.1 Gen 2, einer leistungsstärkeren Grafikeinheit. Hinzu kommen Funktionen wie vPro für das Management der Systeme. Der Chipsatz C246 dagegen ist zudem auch für Server-Prozessoren der Reihe Intel Xeon E 21xx geeignet.

(Bild: Fujitsu TDS GmbH)

Kits reduzieren den Aufwand

Aber auch mit modernster CPU-Technologie bleibt für Systemhersteller eine wesentliche Herausforderung: IPCs und IoT-Systeme müssen einige Spezifikationen hinsichtlich Produktsicherheit, elektromagnetischer Verträglichkeit und auch WiFi einhalten, wie beispielsweise die IEC EN60950-1 (Produktsicherheit). Für Hersteller und Nutzer von Industrierechnern ist es aufwändig, mit Hilfe von akkreditierten Testlaboren diese Zertifizierungen mit umfangreichen Tests und Dokumentationen zu bestätigen. Hilfreich sind deshalb vorkonfigurierte und zertifizierte Bausätze für solche Systeme, etwa die Smartcase Linie von Fujitsu. Sie bringen die geforderten Freigaben per se mit. Der Nutzer wählt aus einer Reihe von Mainboards für Coffee-Lake-Prozessoren das passende Modell aus, zudem Komponenten wie Gehäuse, Kühler, Stromversorgung und Erweiterungskarten. Alle Teile eines Kits sind aufeinander abgestimmt und wurden getestet und zertifiziert. Das gilt auch für das komplette System, das ein User mithilfe eines Smartcase zusammenstellt. Mit einem Kit wie dem Smartcase S720 kann ein Nutzer beispielsweise einen sehr kompakten Mini-PC zusammenstellen. Alles was man dazu von Fujitsu benötigt, sind das Smartcase S720 Gehäuse, wahlweise das D3634-S (H310) oder D3633-S (Q370) Mini-ITX Industrie-Mainboard, einen 1U Kühler und optional weiteres Zubehör wie PCIe Riser-Karte oder interner AC Adapter. Ergänzt mit einer Intel Coffee Lake CPU mit maximal 35W TDP, Arbeitsspeicher und Festplatte (M.2 oder 2.5″) lassen sich die Systeme sehr flexibel auf die jeweilige Anforderung zugeschnitten konfigurieren.

(Bild: Fujitsu TDS GmbH)

Fazit: Ein Blick auf Coffee Lake lohnt sich

Für Entwickler von IoT-Systemen und Industrial PCs sind die Core-i-Prozessoren der Coffee-Lake-Reihe eine interessante Alternative zu den Vorgängerversionen, da sie dank der höheren Zahl von Rechenkernen und Threads eine höhere Performance bieten. Das kommt Industrierechnern und IoT-Komponenten zugute, die sich mit steigenden Leistungsanforderungen konfrontiert sehen. Im Bereich IoT geht beispielsweise der Trend in Richtung Edge-Systeme. Sie erfassen und verarbeiten IoT-Daten vor Ort, also in der Nähe der Sensoren und Aktoren. Solche Edge-Systeme sollten daher mit CPUs bestückt werden, die über genügend Leistungsreserven verfügen.