Efficiency „Für Innovationen muss man das Rad nicht neu erfinden“

Roland Chochoiek ist mit diesem Beitrag im E&E-Kompendium 2020 als einer von 100 Machern der Elektronikwelt vertreten. Alle Beiträge des E&E-Kompendiums finden Sie in unserer Rubrik Menschen.

Unser Ziel war es, Kundenwünschen nach kleinen, robusten, aber dennoch leistungsfähigen Rechnerplattformen gerecht zu werden – sei es für Anwendungen im Umfeld industriellen IoTs als Edge Device, generell für Gateways zwischen unterschiedlichen lokalen und Weitverkehrsnetzwerken oder für Passagier-Informationssysteme. Eine Möglichkeit war, zu den hunderten auf dem Markt befindlichen „noch einen weiteren“ Box-PC zu entwickeln und somit ein Stück weit das Rad noch mal neu zu erfinden.

Wir entschieden uns aber, den Markt zu sondieren, vorhandene Technologien und Produkte nutzbar zu machen und so eine Rechnerplattform zu schaffen, die multidimensional skalierbar ist: im Hinblick auf Rechenleistung und die Ausrüstung mit I/O-Schnittstellen unter Nutzung etablierter und von vielen Herstellern unterstützter Standards.

Höchste Leistungsvielfalt mit COM-Express-Modulen

Seit mehr als zwei Jahrzehnten gibt es Aufsteckmodule, die über Standard-Interfaces an ein Trägerboard kontaktiert werden können, worüber Bus- und I/O-Signale zu Standard-Peripheriesteckern geführt werden. Sie erfreuen sich in vielen Märkten einer immer größeren Beliebtheit. Das Angebot im Markt ist reichhaltig und das Einsatzrisiko übersichtlich.

Unter den gängigen Modultypen werden insbesondere Computer on a Module (CoM) gern in Embedded-Systemen eingesetzt, da sie kompakt und hochintegriert sind und Leistungsbereiche von niedrigerer Performance bei geringem Stromverbrauch bis hin zu leistungsstarken Multicore-Prozessoren abdecken.

Unter den offenen CoM-Standards bieten COM-Express-Module die höchste Leistungsvielfalt (und mit dem neuen COM-HPC-Standard wird sogar die Serverklasse erreicht). Mit dem Aufstecken eines COM-Express-Moduls auf ein Baseboard reduziert sich der Zeit- und Kostenaufwand, da die komplexen Details der Hochgeschwindigkeitsverarbeitung oder der neuesten Chipsätze nicht in Betracht gezogen werden müssen und sowohl Hard- als auch Softwareentwicklung parallel laufen können.

Außerdem bietet die Vielfalt des Angebots Zukunftssicherheit und somit Langlebigkeit des Endprodukts. Im Gegensatz zu einem Full-Size-Computer sind bei einem CoM jedoch in der Regel die Standardanschlüsse für Ein-/Ausgabeperipheriegeräte, die direkt an das Board angeschlossen werden können begrenzt.

Kombination statt Koexistenz

Wenn also viel Peripherie sowie Add-ons wie die gerade im Hinblick auf IIoT-Anwendungen immer wichtiger werdenden drahtlosen Schnittstellen wie WLAN, LTE, 5G, LPWA oder GPS/Glonass angebunden werden müssen oder Schnittstellen für Kamera, SDIO oder parallel LCD erforderlich sind, kommt Smarc als weiteres CoM-Format ins Spiel. Über ein Smarc-FPGA-Modul mit den entsprechenden IP Cores können nahezu beliebige Schnittstellen quasi per Software konfiguriert werden.

Bisher führten beide Standards sozusagen eine „friedliche Koexistenz“, warum aber nicht beide Welten – Rechenleistung und Konnektivität – miteinander verbinden? Wir haben genau das getan und die zum Patent angemeldete Embedded-Systemplattform HeiSys geschaffen, die durch Einsatz Standard-basierter Prozessor- und FPGA-Module sowohl auf die gewünschte Rechenleistung skaliert als auch um die benötigten Kommunikationsschnittstellen erweitert werden kann.

Sie gibt dem Entwickler die Möglichkeit, erste komplizierte Designschritte zu überspringen und von einem höheren Level aus den Weg zu seiner Endanwendung zu starten – je nach gewünschter Komplexität, Bandbreite, Signalvielfalt, Leistung und Stromverbrauch.