Congatec AG
We simplify the use of embedded technology

congatec présente Qseven pour les utilisations industrielles

Un champion du gain de place très puissant

A l’occasion du salon industriel SPS à Nuremberg, congatec, le spécialiste allemand des modules présente un COM (computer on module) ultracompact au format éprouvé Qseven et fonctionnant avec les processeurs monopuces de la famille Atom E3800 d´Intel® (nom du projet : Bay Trail-I). A cause de sa faible consommation en électricité, ce module est particulièrement bien adapté à une utilisation économe en place et en énergie dans les applications encapsulées basées sur x86.

Pendant longtemps, l’utilisation de l’informatique embarquée en automatisation industrielle s’est limitée à des applications singulières de contrôle et à des gros systèmes informatiques modulaires basés sur le backplane. Cependant, ces dernières années, une évolution s’est produite vers des systèmes compacts mais puissants basés sur des COM. Les avantages sont convaincants : le fabricant du système n’a plus à s’occuper des derniers développements des systèmes informatiques actuels mais il les achète prêts à l’emploi, techniquement au point et préintégrés chez son fournisseur de modules.  Il peut ainsi utiliser systématiquement ses compétences premières de constructeur de machines pour construire des interfaces de connexion optimales sur sa propre carte porteuse pour ses applications spécifiques et développer des logiciels.

Actuellement, les standards COM en vogue pour le développement de nouveaux produits sont essentiellement COM Express et Qseven, le vieux standard ETX avec son actualisation XTX perdant lentement de l’importance. Ce n’est pas surprenant car les anciens standards sont encore sans exception basés sur les architectures de bus parallèles de la fin des années 90. Tandis que les COM Express voient actuellement se dérouler la migration de l’ancien type 2 vers le type 6, la variante actuelle optimisée pour les bus série, le standard Qseven n’a aucune charge héritée du passé à gérer. Depuis la version 2.0, il peut même aussi prendre en charge les processeurs ARM. Qseven a été développé en tant que standard compact économe en place et est conçu pour un transfert thermique (Thermal Design Power, TDP) maximum de 12 watts avec des interfaces mécaniques et thermiques clairement définies. Pour cette raison, les processeurs de la série G d’AMD et de la famille Atom d’Intel sont jusqu’à présent pratiquement les seuls à avoir été utilisés.

 

Les anciens processeurs Atom avaient la réputation d’être économes en énergie mais leurs performances restaient très limitées. Il y avait plusieurs raisons : la microarchitecture n’a pratiquement pas changé depuis la première introduction de la famille Atom avec Silverthorne il y a plus de cinq ans et jusqu’à présent, il n y a pas eu de tic-tac (alternance annuelle des actualisations de la microarchitecture et de la technologie de production) comme pour les processeurs de la série Core-i. Ensuite, le développement s’est limité à quelques extensions (jeu d’instructions Intel 64, double cœur, hyper-threading, graphiques HD) et adaptations à l’architecture de fabrication. Les performances graphiques de l’ancien processeur graphique, l’absence de la capacité d’exécution dans le désordre (une façon plus efficace de traiter la chaîne de commande interne)  et l’absence d’un mode turbo  ont mené à un écart toujours plus grand par rapport aux modèles plus puissants de la série Core-i et à une diminution de la compétitivité par rapport à la concurrence croissante des processeurs actuels d’AMD. De plus, une grande partie des logiciels x86 existants est optimisée pour l’exécution dans le désordre ce qui peut régulièrement mener à des problèmes d’incompatibilité et donc à un besoin supplémentaire en programmation et en débogage. 

Un nouveau processeur Atom plus puissant grâce à un remodelage

Le passage à la nouvelle microarchitecture Silvermont avec beaucoup d’extensions intéressantes reprises des processeurs de la série Core-i, l’introduction de l’exécution dans le désordre pour un traitement plus rapide de la chaîne de commande et des capacités graphiques actuelles et compétitives avec la prise en charge de DX11 et d’OpenGL 3.2 remettent les nouveaux processeurs Atom en phase avec notre époque. Le trou dans l’échelle de performance entre les anciens processeurs Atom et les processeurs Core-i qui était jusqu’à présent rempli par AMD peut maintenant être comblé par Intel lui-même avec les nouveaux processeurs Atom de la famille Bay Trail-I. Avec leurs propriétés et leurs possibilités, leur gamme de performance se raccorde maintenant correctement avec le bas de la gamme de la génération actuelle Ivy Bridge. La production utilise la plus récente des technologies pour les transistors, le Tri-Gate en 22 nm. Elle permet d’obtenir une faible consommation d’électricité pour des performances compétitives avec des prix attractifs. D’après Intel, la performance à consommation égale peut être jusqu’à trois fois plus haute et respectivement, la consommation à performance égale peut être jusqu’à cinq fois plus basse que dans les anciens Atom. Les processeurs Atom sont maintenant également disponibles pour la première fois en version quadricœur.

Ils remplacent dans la gamme les anciens processeurs double cœur avec hyper-threading qui ne sont plus disponibles sur les nouveaux processeurs Atom. L’introduction de la nouvelle technologie Turbo-Burst permet d’augmenter nettement la fréquence de certains cœurs et des graphiques en fonction de la charge de travail dans le cadre du budget thermique ce qui apporte une augmentation supplémentaire de la performance maximale réalisable.

Les graphiques sont basés sur les graphiques Gen7 d’Intel tout comme dans l’HD3000 d’Ivi Bridge. Ils contiennent la version actuelle de DirectX (version 11) et OpenGL en version 3.2, le codage et le décodage hardware des vidéos HD mais ne disposent ici que de 4 unités d’exécution au lieu de 16 ce qui résulte en une performance plus faible à fréquence égale. Malgré cette différence importante par rapport aux processeurs de la série i, la performance est tout de même nettement supérieure à celle de ses prédécesseurs et est plus que suffisante pour la plupart des applications industrielles. Avec AES-NI, les processeurs Atom disposent pour la première fois d’une prise en charge par le hardware de l’algorithme de cryptographie AES qui est très répandu. Ainsi, il est maintenant possible de crypter les données à enregistrer ou à transférer en temps réel sur des processeurs Atom sans solliciter le CPU de manière notable. C’est particulièrement important lors de l’utilisation de mémoires à semi-conducteurs (SSD) car dans ce cas, les données ne peuvent pratiquement pas être totalement effacées. 

 

La technologie de virtualisation VTx d’Intel® ainsi que Thermal Monitoring sont pris en charge. Le nouveau système amélioré de gestion de l’alimentation prend en charge les modes d’économie d’énergie jusqu’à C6 ainsi que la technologie SpeedStep® d’Intel tout comme certains de ses prédécesseurs. Dans l’actuel UEFI  (Unified Extensible Firmware Interface) et avec l’option Secure Boot, le boot peut être limité à des bootloaders préalablement signés pour augmenter la sécurité et empêcher l’exécution de logiciels malveillants et d’autres programmes non autorisés ou indésirables.

Avec USB 3.0, embedded DisplayPort (eDP), SATA Gen 2 et PCI Express Gen2, les nouveaux processeurs Atom disposent maintenant aussi on-chip de toutes les interfaces actuelles et représentent de vrais systèmes sur une puce (SoC, system on a chip).

Parfait pour les utilisations industrielles peu encombrantes et le refroidissement passif : le nouveau module conga-QA3 au format ultracompact Qseven

En tant que partenaire de longue date d’Intel et inventeur du standard Qseven qui s’est entre-temps solidement établi dans le monde entier, le spécialiste allemand des modules congatec peut proposer son nouveau COM Qseven, le conga-QA3, dès la sortie de la nouvelle génération de processeurs d’Intel. Ici, le client obtient non seulement un petit module très performant de seulement 70x70 mm² mais aussi les cartes porteuses correspondantes et des systèmes de développement avec les logiciels et le soutien pour le développement de systèmes propres. 

 

Les propriétés du conga-QA3 en détail :

 

Actuellement, le conga-QA3 peut être équipé de processeurs intégrés monocœurs à quadricœurs de la famille Atom E3800 d’Intel ainsi que des processeurs embedded Celeron correspondants. Pour Intel, embedded Celeron désigne dorénavant les modèles de grande série et bon marché de la famille Bay Trail. Tous les processeurs ont en commun leur conception en tant que processeurs monopuces dans lesquels le cœur graphique et le jeu de puces correspondant sont déjà intégrés dans le boîtier. La disponibilité à long terme des processeurs et du module qui dépasse les sept ans est aussi importante pour les utilisateurs d’embarqué. 

 

Le module prend en charge les mémoires rapides DDR3L double canal jusqu’à 8 Go et jusqu’à 4 Go en mode canal unique pour les versions bas de gamme ; les modules actuels sont livrés avec 2 Go de mémoire DDR3L double canal avec un débit de 1,333 MT/s. Pour la mémoire de masse, 4 Go de mémoire flash eMMC sont mis à disposition dans la version standard, ils peuvent être utilisés comme SSD et comme périphérique de démarrage.

 

Le cœur graphique intégré beaucoup plus performant que dans les modèles précédents prend en charge le DirectX 11.0, l’OpenGL 3.2, le codage et le décodage dans le hardware de différents standards en full-HD, y compris le H.264 ainsi que deux interfaces d’affichage indépendantes à haute résolution avec 1920 x 1200 pixels (eDP/LVDS/HDMI) ou respectivement 2560 x 1600 pixels (DisplayPort).

 

La prise en charge native d’USB 3.0 par le module assure un transfert rapide des données tout en limitant la consommation énergétique. En tout, six ports USB 2.0 et un port USB 3.0 SuperSpeed sont mis à disposition. Deux interfaces SATA 3G allant jusqu’à 3 Go/s ainsi qu’une interface Gigabit Ethernet permettent d’étendre rapidement le système de manière flexible. Un contrôle actif de la ventilation, un bus LPC pour une connexion facile des anciennes interfaces E/S, un bus I²C,  Intel® High-Definition Audio ainsi que les interfaces SPI et UART complètent le jeu de fonctionnalités. De plus, un connecteur vidéo intégré offre une interface pour les caméras compatible avec MIPI (Mobile Industry Processor Interface). Les systèmes d’exploitation Windows 8, Windows 7 et  Linux embarqué sont pris en charge.

Image 4. Diagramme schématique du module Qseven conga-QA3 avec la famille de processeur Atom™ E3800 d’Intel®

Domaines d’utilisation et applications

Avec ses dimensions compactes et ses hautes performances pour une consommation d’énergie très faible, le conga-QA3 est particulièrement approprié pour les utilisations peu encombrantes et pour le refroidissement passif. Ainsi, des systèmes x86 embarqués hautement compatibles et performants peuvent être hermétiquement enfermés dans un boîtier au format de poche adapté aux rudes conditions des utilisations industrielles. Avec sa petite taille et son architecture de communication sérielle efficace, des systèmes performants peuvent être réalisés aisément et à moindre coût. La disponibilité à long terme de la puce et de la carte (au moins 7 ans) et la haute sécurité opérationnelle obtenue grâce à l’utilisation exclusive de condensateurs en céramique font du conga-QA3 la solution parfaite pour une utilisation sûre et fiable sur une gamme de températures étendue et dans des environnements industriels difficiles. Par rapport à des systèmes comparables basés sur ARM, la totale compatibilité du code avec x86 pour une faible consommation énergétique est particulièrement convaincante. Les applications x86 existantes peuvent donc continuer d’être utilisées et ne doivent pas être portées sur une nouvelle plate-forme, un processus qui est long et pénible. Le cœur graphique qui prend en charge le touch, le HD et deux écrans indépendants à haute résolution rend possible d’autres applications typiques tels que les PC d’affichage et les commandes tactiles de machine. Pour les applications critiques en terme de sécurité, la performance accrue donne maintenant les moyens d’utiliser des méthodes de virtualisation modernes comme par exemple l’hyperviseur ; la prise en charge de l’AES-NI au niveau du hardware permet en plus un cryptage des données antiécoute sans solliciter notablement le processeur.

 

Regard sur l’avenir :

Avec la nouvelle génération d’Atom, le trou au niveau des performances entre les anciens processeurs Atom et les processeurs de la série Core-i, très performants mais aussi très gourmands, est enfin refermé. Elle étend considérablement les possibilités d’utilisation du standard Qseven et ceci à des prix extrêmement attractifs. Pour l’utilisateur industriel, des nouveaux domaines d’utilisation s’ouvrent qui auparavant n’étaient tout simplement pas accessibles à cause de la limitation de la TDP à 12 W. Pour les clients qui veulent continuer de monter en gamme ou qui ont déjà utilisé des COM, congatec propose aussi des modules avec les nouveaux processeurs Atom au format éprouvé COM Express compact ; pour les nouveaux arrivants dans la technique des modules, Qseven sera désormais le meilleur choix pour les applications ultracompactes et économes en énergie avec refroidissement passif. En tant qu’expert en module, congatec apporte son soutien aux deux systèmes et peut ainsi conseiller ses clients sans parti pris.