Vor fünf Jahren hat Intel mit seinen ersten Atom-Prozessoren die x86-Fraktion in der Embedded-Welt in Aufruhr versetzt. Mit dem auf das Wesentliche reduzierten Prozessor ließen sich stromsparende Applikationen entwickeln, die bis dato in der Form nicht zu realisieren waren. In den fünf Jahren seit der Einführung von Atom hat sich vieles geändert - nicht zuletzt auch der Anspruch an die Prozessoren in der Embedded-Welt. Was vor fünf Jahren noch effizient war, ist heute oft schlicht nicht mehr leistungsfähig genug.
Mit der neuesten Atom-Generation wird sich das ändern. Statt wie bisher auf das gewohnte System aus zwei Chips zu setzten, ist die neue, auf der 22-nm-Silvermont-Architektur basierende Familie ein System-on-chip (SoC) - also nur noch ein Bauteil im BGA-Gehäuse mit einer Größe von lediglich 25 mm x 27 mm. So lässt sich die Leistung der neuen Prozessoren auch auf den kleinsten Embedded-Formfaktoren wie COM Express mini, SMARC und Pico-ITX realisieren. Darüber hinaus kann das Board-Layout vereinfacht werden, was zu kostengünstigeren Designs führt.
Alle Varianten des neuen Atom-Prozessors, der mit einem, zwei und vier Kernen verfügbar sein wird, verfügen über ein identisches Pin-out. So lassen sich die unterschiedlichsten Applikationen mit einem einzigen Board-Layout entwickeln - was die Entwicklungskosten weiter senkt.
Neuer Prozess, neue Architektur
Auch wenn die neuen Atom-SoCs deutlich kleiner sind als ihre Vorgänger, bieten sie die doppelte Rechen- und dreifache Grafikleistung. Der Grund dafür ist zum einen der 22-nm-Fertigungsprozess, zum anderen die neue Silvermount-Architektur.
Erstmals kommen in Atom-Prozessoren die 22-nm-Transitoren mit 3D-Technologie zum Einsatz, die Intel auch schon in den Core-Prozessoren der neuesten Generation einsetzt. Durch das Hinzufügen einer dritten Dimension wird die Dichte der Transistoren erhöht – nur so ist das hohe Maß an Integration in den SoCs zu erreichen. Und da es sich bei der neuen Atom-Familie um SoCs handelt, profitieren nicht nur die Prozessor-Kerne, sondern alle Funktionsblöcke von der 22-nm-Fertigungstechnologie.
Darüber hinaus hat Intel das gesamte Prozessor-Layout überarbeitet. Während alle bisherigen Atom-Prozessoren den Front-Side-Bus nutzen, um die CPU mit anderen Funktionsblöcken zu verbinden, werden bei der Silvermount-Architektur alle externen I/Os direkt auf dem Die integriert. Der Front-Side-Bus wurde durch den In-Die Interconnect (IDI) ersetzt. Der IDI ermöglicht direkte Verbindungen zwischen allen wichtigen Funktionsblöcken innerhalb des SoC. Dadurch kann die Latenz bei Datenübertragungen deutlich reduziert werden.
Mehr Grafikpower
Eine weitere wichtige Verbesserung ist die Erhöhung der Grafikleistung. Bei Grafik-intensiven Anwendungen ist sie drei Mal höher als bei bisherigen Atom-Generationen. Die integrierte HD-Grafik von Intel kommt auch in der dritten Generation der Core-Prozessoren zum Einsatz. Unterstützt werden DirectX11, OpenGL 3 und OpenCL. Die Grafik-Engine bietet vier Ausführungseinheiten, die jeweils acht Threads bearbeiten können, also stehen insgesamt 32 Shader-Einheiten zur Verfügung. So lassen sich anspruchsvolle graphische Nutzeroberflächen auf zwei unabhängigen Displays mit einer Auflösung von bis zu 2.560 x 1.600 Pixel darstellen. Als Schnittstellen stehen Embedded DisplayPort, HDMI 1.4a, DP 1.2 und VGA zur Verfügung. Vor allem Anwendungen wie HMIs, POS und Digital Signage werden von dieser deutlich verbesserten Grafikleistung profitieren.,
Viele Elemente der neuen Atom-SoCs wurden aus Intels leistungsfähigen Core-Prozessoren übernommen, darunter auch das ausgeklügelte Power Management. Es ermöglicht den Prozessoren, höchste Leistung bei volle Belastung zu liefern und den Energieverbrauch bei geringer Nutzung deutlich zu reduzieren. Der integrierte Power-Management-Controller kann die Core-Frequenzen die Betriebsspannung für jeden einzelnen Kern des SoCs individuell steuern, je nach Arbeitsanfall. Darüber hinaus können aber auch die Grafik-Einheit und die anderen Funktionsblöcke individuell kontrolliert werden, um den Energieverbrauch niedrig zu halten.
Viele Schnittstellen vorhanden
Die in den Die integrierten Schnittstellen sind ein essentieller Bestandteil der neuen SoCs. Sie wurden speziell für die Leistungs- und Power-Ansprüche in Embedded-Standard-Formfaktoren zusammengestellt.
Für die Anbindung schneller Erweiterungen stehen vier PCIe Gen 2.0-Spuren zur Verfügung. Sie können nach Bedarf konfiguriert werden. Zu den weiteren Schnittstellen gehören 2x SATA 2.0, USB 3.0, 4x USB 2.0, SD-Card, SDIO und SPI. Für Multimedia-Anwendungen stellen die Atom-SoCs ein MIPI-CSI-Kamerainterface, 3 X I²S und HD Audio zur Verfügung. Standard-Schnittstellen für Embedded-Lösungen wie UART und I²C sind natürlich ebenfalls vorhanden.
Kontron wird die neue Architektur zunächst für SMARC, COM Express mini und kompakte COM-Module sowie für PICO-ITX und Mini-ITX-Motherboards und 3U-Compact-PCI-SBCs anbieten. Weitere Plattformen auf Board- und System-Level werden folgen. Mit diesen Plattformen können Entwickler intelligenter Systeme ihr umfangreiches x86-Ökosystem sowie die standardisierten Formfaktoren sofort effizienter nutzen. Durch die Nutzung von Kontrons umfangreichen Migrations-Dienstleistungen, die unter anderem Validierung, Verifikation und ergänzende Building Blocks umfassen, können Kunden ihre Entwicklungszeiten und ihre Time-to-market weiter reduzieren.
Zu den Building Blocks, die Kontron für diese Plattformen anbietet, gehört IP wie beispielsweise Kontrons vereinheitlichtes KEAPI (Kontron Embedded Application Programming Interface), die MARS(Mobile Application Platform for Rechargable Systems)-Batterie-Unterstützung, vor-konfigurierte Betriebssystem-Images für Starter Kits oder die Hypervisor-Implementierung. Durch Kontrons umfassenden Support und die Building Blocks profitieren Kunden von applikationsspezifischen, einsatzbereiten Plattformen, so dass sie sich vollständig auf die Entwicklung ihrer Anwendungen konzentrieren können.
Alles wird vernetzt
Die Welt ist mitten in einem dramatischen Wandel von einer Ära der stationären Computer hin zu mobileren und kompakteren Kleinstcomputern und dringt dabei in immer neuere Applikationsfelder vor. Enorme Datenmengen entstehen dabei genau dezentral bei diesen immer intelligenter werdenden kleinen Systemen und Maschinen.
Das wohl größte Potenzial am Internet der Dinge liegt darin, die entstehenden Daten auszuwerten und zu verwerten. Um diese Chance zu nutzen, benötigen Unternehmen Tools, Technologien und Plattformen die in der Lage sind diese massiven Datenmengen in Mehrwert-Informationen umzuwandeln und sinnvolle Handlungen hieraus abzuleiten. Die Grundlage zur Herstellung dieser Basiskommunikation bildet die KEAPI-Middleware als Kommunikationsinterface.
KEAPI
KEAPI (Kontron Embedded Application Program Interface) ist eine plattformübergreifende Middleware, die den Zugriff und die Steuerung von Hardware-Ressourcen in Embedded-Applikationen deutlich vereinfacht. Applikationsentwickler können eine umfangreiche Bibliothek von ausgefeilten API-Funktionen nutzen, die Hardwareinformationen aller neuen Embedded-Plattformen von Kontron bereitstellen. So kann auf übliche Embedded-Funktionen wie I²C, Backlight Control, Watchdog oder sogar BIOS-Updates einfach zugegriffen werden – bei allen Kontron-Produkten.
KEAPI ist konform zum PICMG EAPI, aber unabhängig von Formfaktoren und Betriebssystemen bei gleichzeitig wesentlich erweitertem Funktionsumfang. Es unterstützt OEMs dabei, ihren Entwicklungsaufwand zu minimieren und beschleunigt sowohl Neudesigns als auch die Plattformmigration. Zusätzlich bietet die Kontron EAPI Funktionalitäten zur Fernsteuerung und Fernüberwachung, für einen besseren Service, die einfachere Wartung und reduzierte Total-Cost-of-Ownership. Mit KEAPI lassen sich alle Module über ein einheitliches Interface erreichen, somit sind alle Kontron-Module bereits Internet-of-things-ready.
Egal auf welche Kontron-Plattform ein Entwickler zukünftig setzt, die Funktionsaufrufe für ein und dieselbe Aufgabe werden plattformübergreifend identisch sein. Die Softwareschnittstellen zur Hardware können einfach zu jeder höheren Programmiersprache wie C++ oder Java verlinkt werden. Das vereinfacht die Software- und Applikationsentwicklung enorm. Darüber hinaus können Entwickler ihr Know-How bei der Migration auf andere Kontron-Plattformen weiter nutzen. Das optimiert die Time-to-Market und reduziert den Arbeitsaufwand bei der Validierung und Verifikation.
MARS
Für Batterie-betriebene Anwendungen bietet Kontron ein spezifisches Batterie-Management an, das einsatzbereit und leicht zu integrieren ist. Aufgrund seiner modularen Struktur kann es für jede Anwendung individuell konfiguriert werden. MARS (Mobile Application Platform for Rechargable Systems) unterstützt bis zu zwei Batterien im parallelen oder seriellen Modus und kann mit verschiedenen Batterie-Typen genutzt werden. Es steht ein Eingangsspannungsbereich von 5 bis
28 VDC für das Laden und die Stromversorgung zur Verfügung. Außerdem wird ein Parallel-Modus für eine höhere Effizienz und schnellere Ladezyklen angeboten.
Eine kleine Revolution
Gerade in der Embedded-Welt wird immer schnell von Revolutionen gesprochen – auch wenn der Begriff unangemessen ist. Die neue Atom-SoC-Familie ist aber durchaus in der Lage, zumindest die x86-Embedded-Welt zu revolutionieren. Eine bisher nicht gekannte Leistungsfähigkeit trifft auf Energieeffizienz – und bietet in Verbindung mit Standards wie SMARC und COM Express die Möglichkeit für Anwendungen, die bisher nicht zu realisieren waren. Vor allem der bisher auf ARM basierende SMARC-Formfaktor wird mit der neuen Intel-Atom-Technologie jetzt endgültig seinen Durchbruch finden. In Verbindung mit KEAPI ist das Internet der Dinge damit einen großen Schritt näher gerückt.
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