Kontron S&T AG

Das Kontron-pITX-iMX8M im kleinsten SBC-Formfaktor Pico-ITX: Es ist bestückt mit NXP 2- oder 4-Kern-CPUs auf Basis der Arm Cortex-A53-Architektur mit bis zu 1,5 GHz.

Bild: Kontron

Den richtigen Prozessor wählen Ratgeber zu Edge Computing

04.07.2019

Zu wenig Rechenleistung ist nicht gut. Zu viel auch nicht. Das richtige Maß ist entscheidend. Standardisierte Computer-on-Module (COM), Single-Board-Computer (SBC) und Applikationen sorgen dafür, dass Rechenleistung am Netzwerkrand effizient, schnell und flexibel zur Verfügung steht. Aber der Prozessor muss für die Anwendung geeignet sein, sonst kann das IoT-Projekt in eine Schieflage geraten.

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Eine zu geringe Rechenleistung kann verhindern, dass die Applikation schnell und korrekt arbeitet. Fehler sind die Folge. Sind die Prozessoren aber zu stark, entstehen unter Umständen Probleme bei der Energieaufnahme oder der Kühlung. Bei der Auswahl des passenden Prozessors für IoT-Anwendung sollten User die Prozessorreihen im Embedded Computing prüfen nach: CPU- und Grafikleistung, Konnektivität, Speicherbandbreite und Stromverbrauch.

Das breite Spektrum für IoT/Embedded Computing von Kontron bietet dabei die Möglichkeit, die Rechenleistung abgestimmt auf die spezifischen Anforderungen der Applikation hinsichtlich Steuerung, Visualisierung und Konnektivität auszuwählen. Dabei stehen mehrere Kategorien zur Auswahl: Die Module von COM Express- und Qseven mit x86-Architekturen von Intel und AMD, sowie Qseven und die kompakten, nur 82 x 50 Millimeter großen SMARC-2.0-Module, für den Low-End-Bereich mit Intel Atom und den aktuellsten ARM-basierten Prozessoren von NXP für stromsparende Anwendungen.

Breit skalierbares Ultra-Low-Power-Modul

Für ein extrem breites Leistungsspektrum ist das SMARC-
sAMX6i ausgelegt. Das Ultra-Low-Power-Modul basiert auf der NXP i.MX6-Prozessorfamilie und zeichnet sich durch eine stromsparende Grafik- und Rechenleistung und ein hohes Integrationsniveau aus. Es ist für unterschiedliche Embedded-Anwendungen von E-Readern über HMI bis zur Gebäudeautomation oder Kleinsteuerungen geeignet. Es besteht ohne Probleme einen industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85 °C und ist von Single- bis Quad-Core umfassend skalierbar. Die ARM-Cortex-A9-Architektur eignet sich hervorragend für Geräte, die ein kompaktes, lüfterloses Design und eine ausgewogene Prozessor- und Grafikleistung brauchen. Echtzeitanwendungen sind dank des Cortex-M4-Kerns möglich. Das SMARC-sAMX6i bietet unter anderem 2 GB RAM, HD mit 1080p Decode/Encode und 2D- und 3D-Beschleunigung; es kann bis zu zwei Displays ansteuern.

Für kleine, leistungskritische Anwendungen

Die SMARC-sAMX7 Module mit den hochintegrierten NXP i.MX7-Prozessoren sind für Anwendungen geeignet, bei denen es auf einen geringen Stromverbrauch ankommt. Gegenüber den i.MX6-Prozessoren brauchen sie ein Drittel weniger Strom, was sich vor allem bei mobilen, batteriebetriebenen Geräten oder in Edge-Routern und -Gateways als zentraler Vorteil erweist. Die Single- oder Dual-Core-Prozessoren der i.MX7-Familie lassen sich unabhängig voneinander steuern und ermöglichen eine flexible Energieversorgung, sodass der Cortex-A7-Kern bei Bedarf abgeschaltet werden kann. Die Leistungsmerkmale sind unter anderem:

  • bis zu 2 GB RAM,

  • bis zu 2x 1 GHz Cortex-A7- und 200 MHz M4-Prozessoren,

  • Dual Channel LVDS,

  • bis zu drei PCIe-Schnittstellen,

  • bis zu zwei Gigabit-Ethernet-Ports.

Mit dem Q7AMX7 wird in Kürze auch eine Qseven-Version verfügbar sein.

Mehr Leistung mit weniger Strom

Das SMARC-sAMX8X-Modul, das auf dem NXP i.MX8 basiert, ist vor allem für den Einsatz in vernetzten Endgeräten in Anwendungen wie der industriellen Automatisierung, Indus­triesteuerungen, Robotertechnik und HMI geeignet. Die Dual- oder Quad-Core NXP i.MX8-Prozessoren sind eine Weiterentwicklung der i.MX6-Familie für den industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85 °C mit skalierbarer Leistung. Es lassen sich bis zu drei Displays gleichzeitig steuern und mehrere Optionen für Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen gewährleisten eine umfassende System-Konnektivität.

Single-Board-Computer pITX und Raspberry Pi

Der pITX-iMX8M 2,5-Zoll-SBC im kompakten Pico-
ITX-Format ist mit einem Dual- oder Quad-Core NXP i.MX8M (Mini) bestückt und weist eine hohe Grafikleistung und erweiterte Konnektivität auf. Er ist damit eine ideale, günstige SBC-Lösung für Embedded-Anwendungen in der Fertigung oder als IoT-Gateway.

Auch SBCs mit Raspberry Pi als Compute-Module lassen sich heute in verschiedenen Anwendungen einsetzen, zum Beispiel bei HMI, M2M, Infotainment, oder in Daten-Gateways. Raspberry Pi hat ein hohes Potenzial, sich als Ergänzung zu den Standard-Industrie-Plattformen zu etablieren.

Kontron bietet einen SBC im 4.3-Zoll-Format (Diagonale) sowie ein Industrial Starterkit an, mit dem sich der Weg zum Prototyp und fertigen Produkt deutlich verkürzen lässt. Das Kit umfasst ein Entwickler-Board, ein Raspberry Pi Compute Module 3 Light und eine SD-Card mit vorkonfiguriertem Raspian-
Betriebssystem.

SMARC-Modul mit TSN-fähigen Ethernet-Ports

Eine nahtlose Verbindung zwischen Feldebene, OT und IT ist die zentrale Voraussetzung für deterministische, Ethernet-basierte und damit „echte“ Industrial-IoT-Systeme. Möglich wird dies durch den Time Sensitive Networking Standard IEEE 802.1 TSN zusammen mit OPC UA. Mit dem hochintegrierten SMARC-sAL28 auf Basis des NXP Layerscape LS1028 bietet Kontron die derzeit kostengünstigste Lösung für die Implementierung TSN-fähiger IoT-Gateways an. Das SMARC-
sAL28 bietet:

  • bis zu fünf integrierte TSN-fähige 1GB Ethernet-Ports,

  • einen integrierten Switch,

  • Dual Channel LVDS für HDMI- oder DP-Displays,

  • einen CAN-Anschluss,

  • bis zu sechs USB-2.0-Ports,

  • einen USB-3.0-Port,

  • vier serielle und zwölf GPIO-Schnittstellen.

Mittel- und Hochleistungsbereich

Den mittleren und hohen Performance-Bereich im Edge Computing und bei IoT-Anwendungen adressiert Kontron mit seinen COM-Express-Modulen mit skalierbarer x86-Leistung von Intel Atom über Intel Core i3/i5/ i7 bis zu Intel-Server-Class-Prozessoren für Server, künstliche Intelligenz (KI), Machine Learning und leistungsfähige CNC-Steuerungen. Für Applikationen, die höchste Rechen- und Grafikleistung benötigen, etwa für die Visualisierung oder die Bildbearbeitung, eignen sich COM-Express-Module mit dem Intel Core i7 der 8. Generation oder mit dem AMD Ryzen V1000QC.

Plattformen für Edge-Computer und Gateways

Auf Basis seiner neuesten COMs, SBCs und Motherboards bietet Kontron auch komplette IoT-fähige Industrie-Computer-Plattformen an. Mit der skalierbaren KBox-Familie lassen sich Fertigungsanlagen gezielt auf IIoT-Szenarien umstellen. Die Standard- oder kundenspezifischen Embedded-Box-PCs der KBox-Familie eignen sich ideal als Controller-Plattform für anspruchsvolle Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben oder als intelligentes Gateway für datenintensive IoT-Edge-Anwendungen. Während die KBox-A-Serie auf dem Smarc-
2.0-Standard oder einem 3,5 Zoll-SBC basiert, setzt die KBox-B-Serie auf Mini-ITX, und die KBox-C-Serie auf COM Express. Die KBox A-203 mit einem Intel Atom x5-E3930 wurde als intelligentes Gateway mit zahlreichen Schnittstellen für datenintensive IoT-Edge-Anwendungen entwickelt, wie Edge Analytics, Datenerfassung und Remote Monitoring.

Die auf COM-Express-Modulen basierte KBox C-102 mit den leistungsstarken Prozessoren der Intel Core i3/i5/i7 oder Intel-Xeon-Familie eignet sich insbesondere für den Einsatz zur Steuerung und Visualisierung in Schaltschränken in der Automatisierung. Sie bildet zudem die Grundlage für das Kontron-TSN-Starterkit, in dem eine TSN-fähige Netzwerkkarte mit Echtzeitbetriebssystem integriert ist. Über entsprechende Erweiterungskarten lassen sich alle KBox-Systeme mit den gängigen Feldbussen erweitern.

Embedded Computer-on-Module als Basis

Skalierbare, vordefinierte Computer-on-Module und SBCs in Kombination mit neuesten Edge-Technologien sind wesentliche Bausteine für die nächsten Schritte im IIoT. Entwicklern steht heute eine große Auswahl an Produkten mit x86- und ARM-Prozessoren zur Verfügung, die zu unterschiedlichsten Ansprüchen im Hinblick auf Performance, Energieverbrauch und Konnektivität passen.

Bildergalerie

  • Das Kontron-Modul Qseven-Q7AL ist je nach Anforderung mit Intel-Atom-, Pentium- oder Celeron-Prozessor lieferbar, das Modul Qseven-Q7AMX7 nutzt den Cortex-A7-Prozessor.

    Bild: Kontron

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