Moduli a basso consumo con processore Intel da 14 nm

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Attualmente il modo con cui si stanno sviluppando i sistemi a basso consumo sta cambiando rapidamente. Da un lato i componenti dell'intelligenza distribuita stanno andando progressivamente verso il cloud centralizzato, rendendo così i sistemi in loco sempre più snelli. Dall'altro questi sistemi richiedono una connessione di tipo industriale all'Internet of Things, oltreché una connessione molto sicura. Un prerequisito necessario a tal fine è che le prestazioni dei sistemi e della connessione corrispondano. I requisiti richiesti per i sistemi connessi all'IoT saranno inevitabilmente sempre più elevati, per interagire con altri sistemi sul campo. La tecnologia della piattaforma deve dunque essere scalabile con la massima flessibilità. Nella maggior parte delle applicazioni le prestazioni grafiche sono fondamentali, visto che viene sviluppato un numero sempre crescente di schermi ad alta risoluzione. Per esempio nei sistemi presenti nei chioschi e nei punti vendita, nelle slot machine e nelle installazioni di cartellonistica digitale, nelle fabbriche e nei sistemi Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), oppure in innumerevoli interfacce uomo-macchina in qualsiasi genere di apparecchiatura, macchinario e impianti. Tutte queste esigenze devono essere soddisfatte con il minor numero possibile di watt, nell'arco inferiore dei numeri a una cifra, per rendere possibili modelli embedded senza ventola, robusti e poco ingombranti. Oggi abbiamo bisogno di una nuova classe di prestazioni più potente, al di sotto della linea di processori Intel Core i, ma anche complessivamente più equilibrata e ampiamente scalabile, per consentire lo sviluppo di sistemi all'avanguardia che supportino Gui e siano completamente su misura.


Modelli a basso consumo embedded
Le precedenti generazioni di computer x86 con relativamente pochi watt non erano adatte né per la grafica né in termini di prestazioni di elaborazione generali, per esempio nella scansione parallela dei virus. Negli ultimi anni, tuttavia, questo gap è andato colmandosi progressivamente e con l'arrivo della nuova generazione di processori Intel è stata posta una nuova pietra miliare nella classe premium di processori a basso consumo. Il lancio di questi processori coincide anche con molteplici decisioni di progettazione necessarie nell'ambiente in rapida evoluzione delle nuove applicazioni correlate all'IoT. Probabilmente questo lancio inciderà sul settore embedded in maniera significativa come il lancio della tecnologia Intel Pentium M circa venti anni fa, o il lancio del primo processore Intel Atom più o meno sette anni fa, che ha innescato la nuova tendenza Sff (Small form factor) dei processori x86. In questo caso, tuttavia, sarà molto più probabilmente il mercato a imporre l’andamento. Non importa se la nuova tecnologia dei processori Intel Pentium e Celeron faccia nascere una nuova era oppure no: si tratta di uno degli elementi costitutivi importanti dell'IoT dei dispositivi embedded intelligenti e vale la pena osservare i dettagli tecnici del nuovo processore anche senza la connessione IoT, perché offre prestazioni generalmente migliori con bassi consumi ed è diventato molto più potente in termini di grafica.

Braswell: una versione ridotta di Bay Trail
I nuovi processori embedded Intel Pentium e Celeron si basano tutti sulla nuova architettura Airmont, la variante da 14 nm della microarchitettura Silvermont di Intel per la quale sono stati lanciati processori sotto il nome di Pentium, Celeron e Atom (tutti con nome in codice Bay Trail). Il nome Pentium, tuttavia, è appena riapparso nella nuova tabella di marcia per processori embedded Intel con la nuova microarchitettura. Con la disponibilità della nuova microarchitettura, la gamma di processori embedded sarà perciò estesa nella classe premium del segmento a basso consumo. Questo evidenzia lo speciale traguardo raggiunto nelle prestazioni per watt, un progresso della tecnologia dei processori a basso consumo.

Un'architettura per diverse classi di prestazioni
Le sottocategorie delle microarchitetture nelle gamme di prestazioni Pentium, Celeron e Atom - e alcune caratteristiche di ulteriore differenziazione come supporto Ecc (Error-correcting code) e gamma di temperatura estesa per processori Intel Atom basati su Bay Trail - sono perfettamente logiche. Per le applicazioni dei clienti le prestazioni e il consumo di energia di una serie di processori rappresentano fattori di primaria importanza. Solo citando la serie di processori, i produttori di apparecchiature originali sono perciò in condizione di classificare le aspettative dei clienti relative alle prestazioni della scheda elettronica. Gli sviluppatori, d'altra parte, traggono vantaggio da una microarchitettura uniforme sviluppando un codice semplificato per le loro applicazioni. Devono solo ottimizzare il loro codice per una singola architettura e malgrado ciò sono in grado di soddisfare tutti i requisiti del segmento a basso consumo, dai modelli base a quelli di classe premium.

La classe premium a basso consumo
Con questo incremento di prestazioni, i nuovi processori embedded Intel Celeron e Pentium stanno anche colmando il gap a livello di prestazioni nei confronti dei processori Intel Core i. La tabella confronta il punteggio medio del celebre benchmarch per schede processori Geekbench con i nuovi processori Braswell, Intel Core e gli importanti processori Bay Trail. Particolarmente significativi sono i valori di picco raggiunti dai nuovi processori Braswell nel punteggiodel celebre benchmarch per schede processori Geekbench multi-core per Tdp (Thermal Design Power). Il Tdp, che è stato notevolmente ridotto a soli 6 watt e 4 watt Sdp (Scenario Design Power) per applicazioni tipiche della nuova classe Intel Pentium, spiana la strada allo sviluppo di sistemi senza ventola persino per sistemi a basso consumo che richiedono elevate prestazioni.

Grafica ad alte prestazioni
Persino nel campo sempre più fondamentale della grafica, la nuova generazione di processori si congiunge senza soluzione di continuità agli ultimi processori Intel Core che, rispetto alla generazione precedente molto buona, ha avuto ancora una volta un’evoluzione straordinaria. Infatti è stata raddoppiata. Utenti e sviluppatori possono ora trarre vantaggio da questa gamma di prestazioni di interfacce utente grafiche a 4K o persino da animazione 3D di alta qualità priva di latenza. Specialmente con l'uso di schermi a sfioramento, la grafica 3D è un must per l'esperienza utente e per maggiore sicurezza operativa. Come i processori Intel Core, la nuova generazione di processori supporta tre schermi indipendenti che possono essere connessi nella parte SoC tramite Hdmi 1.4b, DP 1.1a e eDP 1.4. In più, per la prima volta, i nuovi processori Intel Celeron e Pentium supportano schermi 4K a definizione estremamente alta (3840 x 2160 pixel), aspetto importante per le sofisticate applicazioni di digital signage che funzionano su schermi di grande formato con diagonali di vari metri o applicazioni per Pos/Poi e giochi dove chi guarda si trova estremamente vicino allo schermo ed è in grado di riconoscere persino i dettagli più piccoli.

Prestazioni grafiche doppie
Le prestazioni doppie sono state ottenute passando alla grafica Intel Gen 8 ad efficienza energetica, impiegata anche nella quinta generazione di processori Intel Core. Per limitare il consumo di energia, i processori Intel Celeron N3150 e N3050 sono stati comunque limitati a 12 EU (Execution Unit) e il Pentium N3700 a 16 EU, dando come risultato la scalabilità senza soluzione di continuità nei confronti della classe Intel Core. Inutile dire che i processori Pentium e Celeron supportano anche le ultime interfacce Api grafiche come DirectX 11.1, OpenGL 4.2 e OpenGL ES 3.0/3.0+. Grazie al supporto OpenCL 1.2, i nuovi processori sono in grado di esternalizzare alla Gpu (Graphic Processing Unit) attività parallele con intenso uso di grafica computerizzata che fino ad oggi erano eseguite nella Cpu. Ciò è importante, ad esempio, nella diagnostica per immagini della tecnologia medica o nel riconoscimento facciale dei sistemi di videosorveglianza. A tal fine ogni EU della Gpu integra due unità a virgola mobile Simd (Single Instruction Multiple Data), ciascuna delle quali è in grado di eseguire fino a otto operazioni a 16 bit o quattro operazioni a 32 bit a numero intero o a virgola mobile (Flop, floating point operation). È nuovo anche il supporto "16-bit half float". Esso consente a qualsiasi Fpu (Floating Point Unit) di eseguire addizioni e moltiplicazioni simultanee. Con 16 EU, il risultato è l'impressionante cifra di 512 Flop a ciclo di clock e con ciò una prestazione di picco teorica di 358,4 GFlop al secondo, presumendo che le unità di esecuzione stiano girando in modalità Burst (700 MHz).

Riproduzione video a 4K
Intel ha aggiornato il motore video integrato responsabile della decodifica e codifica in tempo reale basata su hardware di materiale video ad alta definizione. Una nuova caratteristica è il supporto di video compresso H.265/HEVC. Rispetto al suo predecessore H.264/AVC, H.265 fa risparmiare un consistente 50 per cento di velocità dati, così gli utenti ora possono anche riprodurre video da 4K, una funzionalità precedentemente riservata ai processori specializzati o più potenti. La sezione encoder supporta H.264, Mvc e Jpeg Questo è importante in particolare per l'interfaccia Mipi Csi2 integrata nel processore. Consente di collegare due videocamere HD con 1080p a 30 Hz. Sono supportate foto con risoluzioni fino a 5 megapixel. I principali vantaggi dell'interfaccia Mipi-Csi2 integrata sono i costi estremamente bassi e l'integrazione con poco ingombro rispetto alle videocamere Usb, perché sia i processori del segnale immagine, sia le funzioni di controllo di sensore e videocamera sono integrate direttamente nella scheda grafica del processore. La disponibilità di questa semplice tecnologia per videocamere apre scenari completamente nuovi per una moltitudine di applicazioni. I principali campi di applicazione potrebbero essere non solo funzioni webcam e di videotelefonia, ma anche sistemi di visione intelligenti che per via delle due videocamere potrebbero persino fornire dati video e di immagini 3D. I campi di applicazione possono essere la videosorveglianza e il controllo degli accessi negli edifici, o i sistemi di gestione della qualità nella produzione, fino al controllo guidato dalla visione di veicoli autonomi.

Funzioni I/O ottimizzate
Gli I/O integrati nei processori hanno subito alcuni piccoli ma efficaci miglioramenti. Ad esempio adesso è disponibile supporto persino più nativo per porta Usb 3.0 e 2.0. Oltre a ciò, fino a due unità di archiviazione dati Sata con massimo 6.0 Gbit/s possono essere connesse fino a doppia velocità (Sata revisione 3.1). Moduli Ddr3L 1600 veloci sono ora usati per la memoria. Oltre a queste nuove caratteristiche, sono disponibili ulteriori funzioni ben note nei processori Intel Atom di generazione Bay Trail, come le interfacce PCIe Gen2 per singole estensioni o funzionalità di sicurezza come il set di istruzioni di crittografia AES-NI o Secure Boot.

Tre nuovi moduli Qseven
congatec ha reso disponibile la nuova classe di alto livello nella fascia a basso consumo nei moduli Qseven conga-QA4 che inizialmente supporteranno tre di queste nuove varianti di processori (Pentium N3700, Celeron N3150 e N3050). Sono stati progettati per essere conformi a Sget spec. 2 dell'appendice e, tra l'altro, includeranno quindi l'interfaccia Mipi-Csi2. Attenendosi ai requisiti per le prestazioni, congatec ha equipaggiato questi moduli con fino a 8 GB di Ram a bordo e fino a 64 GB di flash eMmc. Sono state implementate anche estensioni di tipo industriale come bus I²C (400 kHz Fast Mode, Multi-Master), Spi o Power Loss Control. Altre funzionalità che congatec ha integrato tramite la scheda controller integrata, come Multi-Stage Watchdog, memorizzazione non volatile dei dati utente, dati scheda e di produzione univoci, statistiche della scheda leggibili, funzioni di backup dei dati oppure dati specifici del cliente, non sono solo disponibili per l'uso a bordo. Esse possono infatti costituire anche una base importante per grandi database in innovative applicazioni IoT, ad esempio per ottimizzare la gestione della manutenzione. Attualmente il molto attivo Sget (Standardization Group for Embedded Technologies) sta lavorando a come potrebbero essere forniti questi dati in modo standardizzato e a come dovrebbe apparire una connessione IoT vista dalla prospettiva della tecnologia dei computer embedded, dopo che la guida alla progettazione di schede carrier V2.0 per Qseven è stata completata all'inizio dell'anno. Queste specifiche rappresentano una base chiave per ulteriori sviluppi nella tecnologia per computer embedded, nonché il motivo per cui congatec ha optato per lo standard Sget Qseven per la sua prima implementazione. Ancora più significativo, comunque, è stato il fattore di forma stesso con le sue dimensioni di 70 x 70 mm, appositamente sviluppate per il segmento a basso consumo, che ha una struttura molto più piatta, ad esempio, dei moduli Com Express alternativi, che congatec comunque in futuro renderà disponibili anche nella nuova classe di prestazioni.

Seguiranno molte altre schede e moduli
Per il futuro congatec ha in programma di incorporare la tecnologia dei processori nel suo Thin Mini-ITX di tipo industriale, in modo che sia possibile fornire schede corrispondenti a qualsiasi attività di progettazione con specifico supporto per l'integrazione. Se l'assortimento standard non soddisfa i requisiti, sono disponibili singole varianti o modelli completamente personalizzati negli Embedded Design & Manufacturing Services. Tutte le schede e i moduli standard sono idonei per Intel Gateway Solutions per l'Internet of Things, cosa che rende la connessione IoT di queste schede embedded molto più facile per i clienti. Il lancio consente l'adattamento semplice e rapido di tutte le applicazioni Qseven e la valutazione di schede carrier rispetto all'ultima tecnologia per i processori, accelerando lo sviluppo di nuove varianti di prodotto. Per inciso, il kit spicca sono solo per le sue funzioni gateway integrate, ma anche per la sua tecnologia di crittografia basata su hardware, a prova di manomissione. Lo scopo è semplificare l'integrazione della nuova generazione di processori per gli sviluppatori, persino in ambiente IoT estremamente complesso e delicato.

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