Moduli con fattori di forma sempre più piccoli

I progettisti che creano dispositivi intelligenti di piccole dimensioni, destinati all’utilizzo in spazi limitati, con tecnologie di processore x86 o Arm a basso o bassissimo consumo, hanno un problema da risolvere: in genere, le schede madri e i computer single-board standard non presentano la configurazione adatta per le loro applicazioni. Nella maggior parte dei casi gli ingombri delle schede standard sono eccessivi, mentre le interfacce fornite spesso non sono quelle necessarie, sono troppe o non sono posizionate dove dovrebbero. I design full-custom possono risolvere questi problemi attraverso schede create ad hoc. Progetti del genere, tuttavia, richiedono molto tempo, sono costosi da sviluppare, necessitano di una più complessa manutenzione del software e di un notevole impegno per quanto riguarda la gestione dell’obsolescenza dei componenti, in tutte le fasi del ciclo di vita. Per questi motivi i design full-custom sono indicati solo per volumi elevati. Invece i Computer-on-Module, universalmente disponibili, consentono una personalizzazione più rapida ed economica e sono adatti anche per produzioni in serie con volumi bassissimi, ossia di poche centinaia di schede all’anno; inoltre, il processo di “servitization” viene eseguito interamente dal fornitore.

Computer-on-Module, una scelta molto affidabile

I Computer-on-Module sono computer embedded pronti all’uso, dotati di tutti i relativi driver, librerie e Api. In combinazione con le schede carrier, possono essere realizzati nell’esatta forma richiesta, con le interfacce posizionate dove richiesto dall’applicazione e, nella maggior parte dei casi, senza l’uso di cavi. La progettazione delle schede carrier è meno complessa rispetto ai design full-custom; inoltre le guide alla progettazione, le evaluation board e gli schemi, nonché i relativi tutorial, aiutano i progettisti a realizzarle con la massima efficienza e allo stato dell’arte. Infine la standardizzazione dei Computer-on-Module aumenta notevolmente la sicurezza di progettazione e consente di adottare strategie di second sourcing. Gli accessori disponibili in commercio, tra cui soluzioni di raffreddamento o cavi per display, contribuiscono ugualmente a rendere il lavoro di progettazione più efficiente. Tutti questi fattori hanno favorito la diffusione dei Computer-on-Module nelle soluzioni embedded. Secondo recenti studi di Ihs Markit, nessun’altra piattaforma embedded, come schede madri, Sbc, slot board o piattaforme per backplane passivi, riscuote un consenso così ampio. Per questo scegliere un Computer-on-Module per progettare una soluzione personalizzata è di gran lunga la scelta più diffusa e affidabile.

Scegliere il fattore di forma adatto

Eppure, per quanto riguarda i Computer-on-Module con fattore di forma di piccole dimensioni, non è così facile individuare la specifica giusta dal punto di vista tecnico. Al momento esistono tre standard in competizione tra loro: Qseven, Smarc 2.0 e Com Express Mini. Quindi perché, secondo studi recenti, è Qseven lo standard con la maggior quota di mercato e le prospettive di crescita migliori, fino al punto da essere destinato a rimanere il più diffuso sul mercato fino al 2020? Esistono diverse argomentazioni molto convincenti al riguardo. Da una recente analisi sui principali fattori che trainano il mercato emerge che il formato Qseven dispone del più ampio supporto commerciale. Questi risultati sono un indicatore significativo e innegabile del fatto che esiste un enorme scarto competitivo tra le offerte di Qseven e di Com Express e Smarc 2.0. Un altro vantaggio dei moduli Qseven è che supportano sia le piattaforme x86 sia quelle Arm, tra cui i processori iMX.6 di Nxp, una caratteristica che rende questo fattore di forma molto più interessante agli occhi dei progettisti di sistemi embedded, in quanto supporta le principali tecnologie di processore a basso e bassissimo consumo. Oltre all’approccio “Wintel”, è possibile utilizzare piattaforme Arm Android, e tutto con un solo fattore di forma. Al momento il formato Com Express Mini non supporta questo segmento, pertanto è adatto solo per chi lavora nell’ecosistema Com Express del consorzio Picmg e con fattori di forma più grandi. Per poter utilizzare l’architettura Arm i progettisti possono indirizzarsi solo verso Smarc 2.0 e Qseven. Ed è decisamente consigliabile essere aperti all’utilizzo di fattori di forma di piccole dimensioni, dato che l’architettura Arm sta dominando questo segmento nell’ambito commerciale e dell’elettronica di consumo. Ma che differenza c’è tra il nuovo fattore di forma Smarc 2.0 e l’ormai consolidato Qseven? Smarc è migliore di Qseven solo perché è nuovo?

Smarc 2.0 è solo una specifica estesa di Qseven 

Presentato nel 2008, Qseven offre tutte le principali interfacce richieste e non è molto diverso dalla specifica Smarc 2.0, presentata nel 2016. Allora il formato Smarc 2.0 è per forza migliore perché completamente nuovo? Non c’è dubbio che lo standard Smarc offra più signal pin e utilizzi l’ultima versione di connettori. Tuttavia questi aspetti sono davvero importanti? Quali sono le interfacce meglio supportate dal formato Smarc 2.0? Da un esame più approfondito emerge che Smarc presenta ben poche caratteristiche migliori rispetto a Qseven, o quasi nessuna. I progettisti farebbero bene a non fidarsi di tutta la pubblicità su Smarc 2.0 perché le differenze tra questo e Qseven sono davvero esigue. In sostanza, le novità si limitano al supporto a 4 display indipendenti invece di 3, e al supporto delle telecamere mediante un connettore terminale invece del cavo piatto flessibile utilizzato per il Qseven. Ciò rende lo Smarc 2.0 un po’ più interessante per le applicazioni di tipo multimediale. Pertanto l’immensa base esistente di installazioni già realizzate continuerà a usare il formato Qseven, beneficiando di una forte e stabile presenza sul mercato. Non esistono argomentazioni contro il caro vecchio fattore di forma Qseven, a meno che le applicazioni non abbiano davvero bisogno di 4 porte display o intendano ridurre i costi del cavo Mipi per telecamera. Perfino il problema dell’obsolescenza dei connettori è ormai superato perché, al momento, esistono più rivenditori di connettori per il Qseven che per lo Smarc. Per tutti questi motivi Qseven rimarrà ancora per molti anni lo standard Com più diffuso per applicazioni con fattore di forma di piccole dimensioni, sebbene anche gli altri fattori di forma mostrino buoni livelli di crescita. La seguente breve valutazione top-down fornisce ai progettisti i principali criteri per la selezione del Computer-on-Module con il fattore di forma più adatto. In sintesi: se non sei un pioniere della smart vision e non hai bisogno di un quarto display, che tra l’altro non è nemmeno supportato dagli attuali SoC, il formato Qseven può offrirti una libertà di scelta di gran lunga maggiore rispetto al formato Smarc 2.0; se non sei legato ai fattori di forma più grandi delle specifiche Com Express di Picmg e non hai la necessità di riutilizzare questo ecosistema, il formato Qseven è molto più adatto dei moduli Com Express Mini Type 10.

Cosa aspettarsi dai moduli Qseven

Partiamo dalle caratteristiche di base, gli aspetti che maggiormente favoriscono la personalizzazione sono il fattore di forma della scheda, la posizione delle interfacce (in questo caso perfino la decisione di non convogliare tutte le interfacce supportate da Qseven sulla scheda carrier è un importante fattore di personalizzazione) e bus quali Pci Express, Lpc e Sdio. Il supporto Pci Express e è conforme alle ultime specifiche 3.0 che offrono fino a 32 Gbit/s su 4 lane per qualsiasi interfaccia periferica ad alta velocità, tra cui porte Ethernet o porte Usb 3.0 ultraveloci aggiuntive. L’interfaccia Sdio è perfetta sia per le schede SD sia per dispositivi di I/O, quali ricevitori Gps o interfacce e modem wireless. Un’altra caratteristica a sostegno del successo a lungo termine di Qseven è il bus Lpc che non è supportato dal formato Smarc 2.0. Perché l’Lpc è così importante? Molte piattaforme embedded si affidano a questo bus perché è facile da utilizzare, molto meno complesso del Pci e del Pci Express ed è il primo sostituto della maggior parte delle applicazioni con bus Isa esistenti. Garantire il supporto a quanto viene realizzato nel settore embedded è un importante fattore di successo. Per averne la conferma, basta guardare la quota di mercato relativa al modulo Etx/Xtx con il suo bus Isa e Pci. È ancora notevole, nonostante il suo apprezzato successore Com Express sia disponibile da oltre 12 anni: il Picmg aveva presentato il Com Express nel 2005 e la base dello standard di questo fattore di forma era stata posta da Intel nel novembre 2003. Tutto ciò dimostra che, nonostante il mercato sia molto dinamico e innovativo, raramente si decide di cambiare una squadra vincente. Questa posizione conservatrice è supportata dal sostegno a lungo termine garantito dai fornitori di moduli. In sintesi,in termini di mercato e di crescita, oltre che di tecnica e di tecnologie implementate sul campo, senza dubbio Qseven è destinato a rimanere ancora per parecchi anni lo standard più utilizzato per i Computer-on-Module con fattore di forma di piccole dimensioni. Perciò qualsiasi progettista di sistemi con fattore di forma di piccole dimensioni dovrebbe prendere in considerazione il formato Qseven.

Tipi di moduli disponibili per Qseven

Come già spiegato, il sito del consorzio Sget ospita una vasta gamma di moduli, schede carrier e accessori per Qseven; qui i progettisti possono trovare le soluzioni più adatte di diversi fornitori. Tra questi figura anche Advantech, che si presenta come partner affidabile essendo leader nel settore del Pc embedded e offrendo il fattore di forma Qseven fin dalla sua introduzione avvenuta nel 2008. Advantech vanta un’esperienza pluriennale per quanto riguarda il formato Qseven e offre una delle più vaste gamme di moduli Qseven disponibili. I clienti hanno così a disposizione un maggior numero di opzioni da un unico produttore e possono sicuramente trovare la soluzione più adatta alle loro esigenze.

I progettisti Arm hanno bisogno dei CoM

I fattori di forma standardizzati sono molto più diffusi nelle architetture x86 che in quelle Arm. I motivi sono di natura storica. I processori x86 erano molto utilizzati nelle stesse applicazioni di personal computing, pertanto le funzioni erano molto standardizzate e solo gli aggiornamenti delle prestazioni facevano la differenza. Questa situazione ha comportato una standardizzazione stabile delle schede e dei moduli x86 anche nel settore embedded. Per le architetture Arm, invece, è tutta un’altra storia. I processori Arm erano utilizzati soprattutto come System-on-Chip per applicazioni altamente dedicate, il che escludeva una massiccia standardizzazione. Oggi invece i set di funzioni hanno raggiunto una certa stabilità nel settore Arm, almeno per quanto riguarda i processori con prestazioni a basso consumo, adatti per tablet e smartphone, che richiedono requisiti stabili per le interfacce nell’arco di diverse generazioni di processori. Di conseguenza i processori di questa categoria offrono ai prodotti standardizzati le stesse opportunità del settore x86 embedded. In questo modo il mercato cambia gradualmente, i progettisti Arm beneficiano dei vantaggi della standardizzazione e i fattori di forma standardizzati si diffondono sempre più. Il 2018 potrebbe essere l’anno in cui Qseven raggiungerà i massimi livelli nel settore Arm a seguito del lancio del nuovo processore i.MX8 di Nxp. Le prime generazioni di moduli Qseven Arm sono disponibili già da alcuni anni, ma provate a immaginare di aver costruito un progetto sulla base del processore i.MX6 di Nxp: non appena il processore i.MX8 sarà disponibile, potrete immediatamente aggiornare il vostro progetto con la tecnologia più recente. E il fatto di essere i primi sul mercato offrirebbe uno straordinario vantaggio competitivo. Le previsioni sono che i fornitori di Computer-on-Module saranno i primi a offrire componenti per applicazioni Oem, inclusi il sistema operativo completo e il supporto driver. E allora perché non saltare subito sul treno dei Computer-on-Module standardizzati “vendor-independent”? La standardizzazione offre enormi vantaggi in termini di costi e time-to-market, oltre a favorire strategie di “second sourcing” per aumentare la sicurezza di progettazione, ridurre i costi e migliorare i livelli dei servizi di consegna.

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