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Clarification sur le positionnement des modules Qseven et COM Express Mini basés sur les processeurs Atom

Avec la première génération de processeurs Atom de la série Z-500, nom de code Silverthorne, Intel a réussi un grand coup en ce qui concerne les capacités multimédia dans les applications mobiles et compactes basées sur une architecture X86. Dans le domaine commercial, ils ont donné naissance aux netbooks Atom Inside qui ont été ensuite remplacés par les premières tablettes et les smartphones. Dans le domaine industriel, l’évolution a été aussi impressionnante avec des ordinateurs équipés de single board ITX devenant toujours plus petits ainsi qu’avec des nouveaux standards de modules tels que Qseven et COM Express mini pour des applications spécifiques. Avec la nouvelle génération d’Atom, nom de code Bay Trail, il est maintenant temps  de confronter ces deux types de modules pour y voir plus clair.

Les nouvelles technologies de la dernière génération d’Atom

Des extensions déjà utilisées sur les processeurs Core-i telles que l’exécution dans le désordre en vue d’accélérer le traitement de la chaîne d’instructions et une technologie graphique actuelle et compétitive prenant en charge OpenGL 3.2 et DX11 permettent aux processeurs Celeron et Atom Bay Trail de retrouver le niveau des exigences technologiques actuelles. Avec leurs propriétés et leurs possibilités, ils se rapprochent nettement de la série des Core-i et comblent l’écart qui existait au niveau des performances.

 

La production utilise la plus récente des technologies, le Tri-Gate en 22 nm. Elle garantit ainsi des coûts de fabrication peu élevés et une faible consommation électrique pour des performances compétitives. D’après Intel, la performance à consommation égale peut être trois fois plus haute et la consommation à performance égale peut être cinq fois plus basse que dans les processeurs Atom de la génération précédente. Ainsi, la puissance de calcul disponible pour un watt est même plus élevée que dans les processeurs ARM actuels. De plus, les processeurs Atom et Celeron existent maintenant en version quadricœur. Ils remplacent les anciens processeurs double coeur avec hyper-threading, une technologie qui n’est plus proposée dans les nouveaux modèles. Un turbo burst actuel permettant d’utiliser une fréquence beaucoup plus élevée tout en respectant le budget thermique de chaque cœur donne la possibilité d’augmenter encore les performances en cas de besoin.

 

Le concept COM pour une percée rapide

Une des meilleures possibilités d’intégration des nouveaux processeurs dans une application est offerte par les computers on module aux facteurs de forme Qseven et COM Express. Ils donnent aux développeurs le confort et la sécurité d’une solution à carte classique associés à la flexibilité d’une conception personnalisée. Des fabricants de COM tels que congatec AG proposent au niveau du module des blocs compatibles, préintégrés pour de nombreux systèmes d’exploitation standard ou fonctionnant en temps réel et donc prêt à l’emploi, les pilotes de périphériques correspondants sont alors inclus. Le client reçoit donc des modules compatibles au niveau du COM qu’il peut le plus souvent placer directement sur sa carte porteuse spécifique généralement de sa propre fabrication sans devoir procéder à des ajustements complexes. Grâce à la collaboration étroite entre le fournisseur de modules et les fabricants de puces comme par exemple Intel, les technologies les plus récentes sont ainsi immédiatement disponibles dès l’annonce des nouveaux composants sans que le client ait besoin de faire des efforts de développement qui auraient pu être chers et complexes. Cela représente une réduction radicale des temps et des coûts de développement. Un autre grand avantage apporté par le concept des COM est le fait que les cartes porteuses continuent d’être fabriquées en interne. Ainsi, les ressources et les emplois sont conservés. En outre, il n’est pas nécessaire de transférer à une entreprise externe le savoir-faire concernant les périphériques et les connexions. Grâce à la grande variété et à la compatibilité des modules, les produits peuvent souvent être adaptés aux exigences spécifiques des clients par un simple changement de module.

Cependant, tout cela ne peut fonctionner de cette manière que si le fabricant de modules possède depuis de longues années l’expérience et la qualification nécessaires et s’il peut offrir le soutien correspondant lors du développement de la carte porteuse. Même si les modules sont standardisés, bien des choses se cachent dans les détails comme par exemple les questions relatives à la taille et à la qualité du firmware et des logiciels fournis ainsi que l’adaptation du système d’exploitation

Il est utile et pratique d’avoir déjà d’autres composants importants à disposition sur le COM ou d’avoir la possibilité de les rajouter. C’est particulièrement vrai lors de l’extension de la gestion des batteries pour les solutions mobiles ou pour la présence d’une unité graphique supplémentaire pour les designs offrant une évolutivité extrême des performances graphiques et des performances des processeurs.

Les avantages de COM Express Mini et de Qseven

Les petits facteurs de forme de module COM Express Mini et Qseven résultant des processeurs Atom se sont tous deux bien établis grâce à leurs avantages respectifs.

 

Pour COM Express, un meilleur point d’entrée est maintenant offert aux applications compactes avec le format Mini (55 x 84 mm) qui a été inclus dans les spécifications par le PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) en mai 2012. Le savoir-faire issu de la conception des COM Express peut dans ce cas être rapidement utilisé pour les applications les plus petites et la gamme de produits peut ainsi être rapidement étendue. Une large palette d’applications de 5, 12 ou 19 volts peut être prise en charge grâce au grand intervalle de l’entrée CC (de 4,75 à 20 volts). Avec sa forme rectangulaire, il est même de 5 % plus petit que le module Qseven.

 

Sans contraintes, les spécifications de Qseven pour les petites applications ont été publiées en juillet 2008 par congatec, MSC et Seco et intégrées dans le SGeT (Standardization Group embedded Technologies) en 2012. En même temps, la hauteur du module pouvait être réduite et les coûts liés au connecteur baissés grâce à la connectique MXM. Avec le LVDS 2 x 24 bits, Qseven peut gérer des affichages ayant une meilleure résolution qu’avec le COM Express Mini qui ne prend en charge que le LVDS 1 x 24 bits. La version 2.0 des spécifications de Qseven étend aussi l’utilisation des processeurs ARM pour réduire encore plus les pertes de puissance. Actuellement, des modules Qseven sont proposés par plus de 20 fabricants, plus de 100 variantes ont été développées.

Les caractéristiques techniques des deux modules sont très similaires (voir la figure). En fin de compte, le choix du module repose sur l’expérience de l’utilisateur. Dans le cas d’une « miniaturisation » d’une solution COM Express déjà établie, le Mini sera utilisé de préférence ; dans le cas d’un produit totalement nouveau, Qseven sera généralement préféré.

Les points communs de COM Express Mini et de Qseven avec Bay Trail

Les deux modules peuvent être équipés de processeurs embarqués monocœurs à quadricœurs Atom de la série E3xxx ainsi que des processeurs Celeron embarqués correspondants.

L’affichage est géré par l’Intel Gen7 tout comme dans la HD 3000 d’Ivy Bridge. Toutefois, dans les nouveaux processeurs Atom et Celeron, elle ne contient que 4 unités d’exécution au lieu de 16. En plus des versions actuelles de DirectX (version 11) et d’OpenGL (version 3.2), le codage et le décodage hardware des vidéos HD, la représentation stéréoscopique en 3D et deux écrans HD indépendants l’un de l’autre sont pris en charge.

 

Avec l’AES-NI, les processeurs Celeron et Atom disposent pour la première fois d’une prise en charge par le hardware de l’algorithme de chiffrement AES qui est très répandu. Ainsi, les données à transmettre ou à enregistrer peuvent maintenant être aussi cryptées et décryptées en temps réel sur ces processeurs sans vraiment solliciter le CPU. Ceci est particulièrement important lors de l’utilisation de mémoires à semi-conducteurs (SSD) car dans ce cas, les données ne peuvent pratiquement pas être effacées complètement.

La virtualisation VT-x d’Intel® ainsi que le Thermal Monitoring sont aussi pris en charge.

 

La nouvelle gestion de l’alimentation est améliorée et prend en charge tous les modes d’économies d’énergie jusqu’à C6 et, tout comme certains de ses prédécesseurs, la technologie Speedstep® d’Intel. Dans l’UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) actuelle, l’autorisation de démarrage peut être circonscrite à des bootloaders authentifiés au préalable à l’aide de la Secure Boot Option pour augmenter la sécurité et empêcher l’exécution de logiciels malveillants ou de programmes non autorisés ou indésirables.

 

Les nouveaux processeurs Bay Trail sont maintenant équipés on-chip de toutes les interfaces actuelles (USB 3.0, DisplayPort, SATA Gen 2 et PCI Express Gen 2) et constituent de véritables systems on a chip (SoC).

Le module peut être utilisé avec des mémoires DDR3L brasées allant jusqu’à 8 Go. 4 Go de eMMC Flash sont présents en standard pour la mémoire de masse, ils peuvent être utilisés comme SSD ou comme boot device.

 

Au total, jusqu’à huit ports USB 2.0 sont mis à disposition dont deux au maximum peuvent être utilisés en tant qu’USB 3.0 Superspeed. Quatre liens PCI Express 2.0 et deux interfaces SATA atteignant les 3 Gb/s permettent des extensions de systèmes rapides et flexibles.

 

L’Intel® I210 Gigabit Ethernet Controller utilisé promet une compatibilité optimale avec les logiciels. Le jeu de fonctionnalités est complété par l’ACPI 5.0, un bus I²C, un bus LPC pour une connexion facile des anciennes interfaces E/S et par l’Intel® High-Definition Audio. Les systèmes d’exploitation pris en charge sont Windows 8, Windows 7 et embedded Linux.

Applications et domaines d’utilisation actuels

A cause de leur petite taille et de leurs grandes performances pour une consommation énergétique extrêmement faible, les deux modules sont particulièrement appropriés pour les utilisations compactes et semi-stationnaires des technologies médicales et de l’automatisation industrielle. Il faut surtout souligner les fonctionnalités graphiques intégrées capables de prendre en charge la HD et les systèmes tactiles ainsi que deux écrans indépendants à haute résolution. La fiabilité opérationnelle est également remarquable grâce à l’utilisation exclusive de condensateurs en céramique. Par rapport à des systèmes comparables basés sur ARM, la compatibilité x86 totale et la consommation énergétique particulièrement faible sont très convaincantes. Les applications x86 existantes peuvent donc continuer à être utilisées et ne doivent pas être portées sur une nouvelle plate-forme ce qui serait un processus long et pénible.

 

Les autres domaines d’application, sans ventilateur et à refroidissement passif, sont la signalétique numérique, les systèmes de contrôle et l’affichage mais aussi des applications industrielles classiques comme par exemple les commandes de machines. Les performances égalent celles des systèmes Pentium et Celeron âgés de quelques années ce qui permet dans ce cas de les remplacer par nos nouveaux systèmes compacts entièrement clos qui n’ont pas besoin d’un système de refroidissement complexe. De plus, la puissance supplémentaire permet d’utiliser des méthodes de virtualisation modernes telles qu’un hyperviseur. 

L’écart par rapport aux processeurs superperformants de la série Core-i a enfin pu être comblé et Qseven et Com Express Mini sont tous deux bien établis dans le domaine des applications industrielles.

 

Les applications pour l’« internet des objets » doivent devenir plus intelligentes et en même temps plus sûres. Pour cela, les modules Qseven et COM Express Mini avec la famille de processeurs Intel Atom E3800 (nom de code « Bay Trail – I » sont les systèmes embarqués qui conviennent. L’association validée de ce hardware avec les logiciels de McAfee et de Wind River, l’« Intel Gateway Solution for IoT », forme une plate-forme stable et sûre pour les applications de l’« internet des objets » et garantit une communication sécurisée avec le cloud.