Congatec AG
We simplify the use of embedded technology

congatec’s Professionelle Single-Board-Computer „Thin Mini-ITX”

Display- und Panel-PCs stellen hohe Anforderungen an die Grafikleistung. Sollen sie auch noch Leitstand- und Konsolidierungsfunktionen übernehmen, so steigen die Anforderungen weiter: Hohe Rechenleistung und extreme Zuverlässigkeit sind dann zusätzlich noch gefragt. Trotzdem soll das ganze bezahlbar bleiben. Standardisierung sorgt für hohe Stückzahlen über Anwendungsgrenzen hinweg und ermöglicht auch bei Geräten für den harten Industrieeinsatz konkurrenzfähige Preise.

Schon jetzt werden häufig aus Kostengründen Standard-Einplatinencomputer auch bei Industrieanwendungen eingesetzt. Die Chipsets moderner Computerarchitekturen verfügen inzwischen über einen so  großen Umfang an Funktionen und leistungsfähigen Schnittstellen wie etwa PCI Express, Serial ATA oder USB 3.0, dass oft die Anforderungen der Entwickler mit billigen Einplatinencomputern aus fernöstlicher Massenfertigung abgedeckt werden können. Dies ermöglicht schnelle und auf den ersten Blick auch kostengünstige Lösungen. Bei näherem Hinsehen sinken aber die Systemkosten (total cost of ownership, TCO) nicht wie erwartet. Dies kann viele Gründe haben. Oft können auf preisgünstige Massenproduktion  kostenoptimierte Bauteile die Anforderungen  beim Dauereinsatz im rauen industriellen Umfeld nicht erfüllen, meist liegt es aber an den zu kurzen Produktlebenszyklen dieser Produkte. Will man sich nicht auf eine teure Lagerhaltung einlassen, so müssen die Produkte ständig an die Änderungen der jeweiligen Generationen angepasst werden. Wer dann auch noch Support für eigene Anpassungen, wie etwa spezielle Industrieprotokolle sucht ist dann schnell wieder auf sich selbst angewiesen. Besser und kostensparender wäre es, wenn Spezifikationen enger gefasst und danach produzierte Boards über einen längeren Zeitraum unverändert verfügbar sein könnten. Wie „so etwas“ erfolgreich gemacht werden kann, haben die Hersteller von Standardisierten Computermodulen („COMs“) in den letzten Jahren gezeigt. Was liegt also näher, als diesen Standardisierungsgedanken aus der Welt der Computermodule in die Welt der Einplatinencomputer zu tragen? 

Intel hat diese Idee vor etwa vier Jahren aufgegriffen und ein Konzept für einen kompakten Universal-PC (All-in-One, „AiO“) gemäß der Spezifikation für „Thin Mini-ITX“-Einplatinencomputer („Motherboards“) auf Basis des bekannten Mini-ITX Formfaktors entwickelt. Warum ausgerechnet Mini-ITX? Die physikalische Grundfläche von 170x170 stellt einen guten Kompromiss zwischen kleiner Baugröße, robuster Bauweise und kostengünstiger Fertigung dar. Die Fläche ist groß genug, einerseits kostengünstige Standardkomponenten wie SATA-Laufwerke und Speichermodule und andererseits auch genügend große Kühlkörper für eine passive Kühlung auf der Platine unterzubringen. Die maximal erlaubte TDP von 65W ist jedoch rein passiv nicht mehr abzuleiten, was aber angesichts von TDPs in einer Größenordnung von rund 15 Watt bei den aktuellen Ultra-Prozessoren der 4. Generation der core-i Series von Intel nicht weiter stört. Die maximale Bauhöhe von 20mm der „Thin“-Variante ermöglicht flache Gehäuse, wie sie z.B. für Panel-PCs benötigt werden. Jetzt fehlen nur noch Angebote von Herstellern, die solche Einplatinencomputer in hoher Qualität und langzeitverfügbar produzieren. Idealerweise auch noch mit gutem Support bei kundenspezifischen Anpassungen wie etwa Bios/Bootscreen oder auch bei speziellen Displays und Betriebssystemen.

Die weltweit agierende congatec AG, ein marktführender Hersteller von COMs, hat die Herausforderung angenommen und bietet mit dem conga-IC87 einen professionellen Einplatinencomputer im Thin Mini-ITX Format an.

Dieser verbindet die Vorteile von congatec’s langjähriger Erfahrung im Bau von hochqualitativen Computermodulen (COMs) für den rauen Industrieeinsatz mit den Kostenvorteilen von in höchsten Stückzahlen produzierten Singleboard-Computern. Zum Einsatz kommen hier zunächst die embedded Versionen von Intel Celeron und Intel Core i3/i5/i7 Prozessoren der vierten Generation (Code Name: Haswell).

Dabei unterstützen die core i-Series Prozessoren AES-NI Hardware-Kryptografiefunktionen und AVX2-beschleunigte Vektormultiplikationen,  die i5 und i7 Prozessoren zusätzlich noch Turbo Boost 2 Taktbeschleunigung, die AMT9.5 Management-Funktionen und  Trusted-Execution Technik (TXT). Während die im Celeron installierte Intel HD Gen7 Grafik nur Standardfunktionen unterstützt, ermöglicht die leistungsfähige HD4400 (i3, i5) bzw. HD5000 (i7) Grafik anspruchsvolle Grafikverarbeitung mit bis zu 1000 (Celeron, i3) bzw. 1100 MHz Taktfrequenz (i5, i7). Dabei  unterstützen alle Prozessoren bis zu 3 von einander unabhängige Displays mit bis zu 2.560 x 1.600 Pixel Auflösung bei DisplayPort und 1.920 x 1.200 Pixel bei HDMI bzw. voller 4K-Auflösung mit 3840 x 2160 Pixeln bei den Core i-Series. Von der Hardware unterstützt bzw. direkt beschleunigt werden DirectX 11.1, OpenGL 3.2, OpenCL 1.2 sowie eine hoch performante, flexible Hardware Dekodierung, um auch mehrfach hochauflösende Full HD Videos parallel dekodieren zu können. Zwei Display Port Anschlüsse (DP++) befinden sich auf der Rückseite der Platine, intern sind über einen „DISP“- Verbinder, gemäß der Thin Mini-ITX Spezifikation, ein weiterer Display Port (eDP) und 2x24 Bit LVDS möglich. Die beiden SODIMM Sockel können mit bis zu insgesamt 16 GByte schnellem SODIMM DDR3L Speicher bestückt werden. Vier USB 3.0-SuperSpeed Anschlüsse (zu USB 2.0 abwärtskompatibel) sind direkt auf der Platinenrückseite verfügbar, vier weitere USB 2.0 Ports über interne Steckverbinder. Insgesamt zwei 5 Gb/s PCI Express 2.0 Lanes können als 1x mPCIe Half Size, 1x PCIe Full Size (shared mit PCIe x1 und mSATA) und 1x PCIe x1 (Shared mit mSATA/mPCIe genutzt werden.  Vier SATA Schnittstellen mit bis zu 6 Gb/s (eine davon auch als mSATA ausgeführt) und ein Mini PCIe Karteneinschub und SIMkarten-Steckplatz ermöglichen schnelle und flexible Systemerweiterungen. Zwei Intel I210 Gigabit Ethernet Controller sorgen über die beiden RJ45-Buchsen jeweils für einen Gigabit Ethernet LAN-Zugang. ACPI 5.0, I2C Bus und LPC Bus erlauben die einfache Integration von Legacy I/O Schnittstellen. Das optionale Sicherheitsmodul (TPM), Echtzeituhr (RTC) und Intel High Definition Audio  und ein universeller Stromversorgungseingang mit  12 bis 19 (optional 6 bis 24 Volt) runden das Funktionsangebot ab. Weitere Details der Implementierung finden sich in Blockdiagramm (Bild 3) und Anschlussübersicht (Bild 4).

Als Betriebssysteme  werden, Microsoft® Windows® 7  (32bit und 64bit), Microsoft® Windows® 8.X, Microsoft® Windows® Embedded 7 Standard (WES7), Microsoft® Windows® Embedded 8 Standard (WES8) und Linux unterstützt, für weitere Betriebssysteme, insbesondere Echtzeitsysteme bietet congatec Unterstützung bei der Erstellung eigener Treiber BSPs (Board Support Packages) an.

 

Die flache Bauweise mit niedriger Bauhöhe ermöglicht einen platzsparenden Einbau in Display- und Panel-PCs. So lassen sich schnell und einfach Anzeige- und Bedienlösungen für die Industrie bis hin zu kompletten Leitständen realisieren. Erweiterter industrieller Temperaturbereich in der „Industrial-Line“-Version, Echtzeitfähigkeit, sowie die Unterstützung verschiedenster Betriebssysteme ermöglichen einen Einsatz auch bei anspruchsvolleren Anwendungen in industriellen Anwendungen wie etwa Maschinenbau, Automatisierungs- und Steuerungstechnik. Durch den geringen Stromverbrauch mit einer TDP von typisch maximal 15 W eignen sich die „Ultra“ Ein-Chip-Lösungen der Core i-Series Systeme besonders gut für passiv gekühlte und hermetisch gekapselte Systeme, die auch im rauen Umfeld eingesetzt werden können. Die integrierte Hochleistungsgrafik ermöglicht insbesondere bei den Core i-Series Modellen leistungsfähige Anzeigegeräte mit hochauflösenden Displays bis zur 4K-Auflösung.

 

Typische Anwendungen sind Panel-PCs, Leitstände, Bedienterminals mit anspruchsvollen Visualisierungen und  Bildverarbeitung, aber auch der Einsatz in Multimedia- und Entertainment Geräten wie etwa Gaming-Plattformen.

Mit dem conga-IC87 hat congatec dafür den passenden leistungsfähigen, Strom sparenden Singleboard-Computer mit Embedded-Qualitäten herausgebracht. Der überaus beliebte Mini-ITX Formfaktor mit seiner niedrigen Bauhöhe von nur 20mm in der Thin Mini-ITX Ausführung und das überzeugende All-in-One (AIO)-Konzept ermöglichen hohe Stückzahlen und damit günstige Preise. Für einen überschaubaren Mehrpreis gegenüber der üblichen Standard-Massenware erhält der Kunde robuste, mindestens 7 Jahre langzeitverfügbare Computerboards, die für den 24/7-Betrieb im erweiterten industriellen Temperaturbereich optimiert sind.

 

Der Kunde profitiert dabei von congatec’s langjähriger Erfahrung als Hersteller von hoch qualitativen Computermodulen. Synergieeffekte senken Entwicklungszeiten und –kosten und bestehendes Know-how und vorhandene Infrastruktur ermöglichen es, individuelle Anpassungen und Lösungen bei Bedarf zum Hersteller auszulagern.  So kann mit nur einem einzigen Lieferanten das komplette Spektrum von der kostengünstigen Standardlösung „von der Stange“ bis hin zum individuellen ODM-Projekt („Original Device Manufacturer“) das ganze Lieferspektrum abgedeckt werden. Und dies bei verschiedensten Technologieplattformen  mit Formfaktoren vom Computermodul bis hin zum kompletten Einplatinencomputer.