Scegliere piattaforme embedded low power: Atom o Arm?

Seguendo lo sviluppo delle piattaforme embedded per Pc nel corso degli ultimi due anni, ci si può certamente rendere conto di come esso sia stato caratterizzato, a parte l'introduzione di alcuni nuovi formati per Sbc e moduli, da due tendenze fondamentali: la prima riguarda l'incremento della potenza di calcolo delle piattaforme esistenti, la seconda dimostra invece un crescente interesse verso architetture low-power. È da notare come entrambi i trend siano la conseguenza di requisiti tecnologici originariamente sviluppati per dispositivi consumer. Il segmento ad alte prestazioni è condizionato dalla crescente necessità di interfacce grafiche sempre più sofisticate per sistemi operativi x86. Infatti, non solo Windows Vista, ma anche le più recenti versioni di Linux e Mac OSX, richiedono prestazioni sempre più avanzate per sfruttarne al meglio le possibilità e gli effetti grafici. D'altro canto c'è una chiara tendenza verso piattaforme low-power, guidata dal settore dell'elettronica di consumo, quale principale artefice di questo orientamento volto a soddisfare i requisiti dei sistemi portatili. Inoltre, non sono da trascurare le implicazioni della tecnologia low power su argomenti oggi cruciali quali risparmio energetico e costi. Prendiamo ad esempio il telefono cellulare: da dispositivo usato, fino a poco tempo fa, unicamente per l'invio di chiamate vocali e saltuari brevi messaggi di testo, si è trasformato oggi in uno strumento multimediale ricco di funzioni quali fotocamera digitale, lettore MP3, Pda, voice recording, accesso a internet e giochi. Quando esso ancora era un semplice telefono portatile, per farlo funzionare bastava un microcontrollore elementare, ma dal momento in cui è divenuto uno strumento in grado di dare la possibilità all'utente di accedere ad internet ovunque e di comportarsi come un vero e proprio centro multimediale portatile, i sistemi operativi si sono fatti più sofisticati creando la necessità di performance di calcolo molto superiori, con in più l'imperativo costante di un minor consumo di energia.

Piattaforme per ogni esigenza
Arm ha avuto successo nel conquistarsi una buona parte di questo settore in crescita, mentre Intel, che aveva inizialmente abbracciato la tecnologia XScale Arm-based, ha in seguito venduto in blocco l'intero business a Marvell. Per non essere tagliata fuori dal mercato dei portatili, Intel ha in seguito introdotto una nuova linea di microprocessori low power nella sua tecnologia x86. Nasce così Intel Atom, che presenta nel 2008, in diverse versioni, il suo primo processore. Scorrendo l'elenco delle varie versioni dei processori embedded Intel con target di permanenza a lungo termine sul mercato industriale, si possono trovare l'attuale serie Z e l'N270, il processore più usato nei netbook. La piattaforma eMenlow XL è stata lanciata alla fiera mondiale dell'embedded di Norimberga. La serie Z5xxPT è stata progettata e specificata per operare in un range di temperatura che varia tra i -40 °C e gli 85 °C. La versione high-end Z530 a 1,6 GHz è tuttora l'unica Cpu della serie Z in grado di supportare la tecnologia hyperthreading, che sarà la struttura portante delle future versioni della serie Atom Z (Z520 / Z540 / Z550). L'intera architettura Atom si basa sul processore Pentium M, sebbene il progetto sia stato modificato nell'ottica di una riduzione di costi (dimensioni inferiori del die) e di una maggior efficienza energetica.

Atom per infinite possibilità di applicazioni embedded
Grazie alla completa compatibilità x86, all'efficienza energetica sensazionale per questo genere di applicazioni, e alla possibilità di utilizzo non solo di Windows XP embedded ma persino di Vista, la piattaforma Atom apre le porte a infinite possibilità di applicazioni embedded.
Il nuovo form factor Qseven, creato appositamente per apparecchiature portatili con lo sguardo ben puntato verso le più moderne tecnologie low power, ne è un esempio. Alcune delle sue caratteristiche principali sono: consumo estremamente ridotto, nonostante la relativamente alta prestazione computazionale, interfacce ad alta velocità di ultima generazione, e completa gestione della batteria in un Pcb di appena 70 x 70 mm. Il modello congaQA di Congatec monta un processore Intel low power Atom Z5xxx abbinato al System Controller Hub US15W in grado di consumare meno di 5 watt. Lo stesso modulo è provvisto inoltre di interfacce veloci come Pci Express e Sata, in sostituzione delle tradizionali Eide e Pci, per essere in grado di lavorare con Cpu e chipset di future generazioni. Il Nano-ITX Form Factor (120 x 120 mm) è stato invece sviluppato da VIA Technologies e presentato per la prima volta al Cebit nel 2003. VIA ha iniziato a produrre le motherboard Nano-ITX per il mercato consumer a partire da fine 2005, mentre Bcm, importante fornitore di Data Modul, è stata la prima a proporle al mercato delle applicazioni industriali con disponibilità garantita per almeno tre anni, rigoroso controllo delle revisioni e temperatura operativa tra 0 e 60 °C. Il modello NX15MXL con Intel Atom Z510P 1.1GHz o Z530P 1.6 GHz Cpu e Intel SCH US15WP, oltre ad essere una tra le prime nano ITX board a utilizzare questa piattaforma, rappresenta un ottimo investimento. Il basso profilo la rende poi particolarmente adatta per flat panel e sistemi ultra compatti.

Arm per enormi possibilità di integrazione
Ovviamente, anche la tecnologia Arm based non è rimasta a guardare. In aggiunta al consolidamento del mercato per l'Arm11 che, con la sua Fpu e le opzioni multimediali come video Mpeg h.264, rappresenta uno sviluppo dell'Arm9 (e le prestazioni dell'Apple iPhone ne sono una lampante dimostrazione), c'è il recente annuncio di una nuova piattaforma, la Cortex A8, nuova architettura Arm in grado di supportare frequenze di clock fino a 1,2 Ghz. Oltre a ciò, le condizioni di licenza per la tecnologia Arm consentono a chi produce semiconduttori di integrare tecnologie proprietarie nei core Arm. La nuova Cpu ZMS-05 di DMF Ziilabs è un chiaro esempio delle possibilità che questa integrazione può aprire: la Cpu consiste in due core Arm 9 più una serie di 24 processor core addizionali. Uno dei due core Arm è riservato al sistema operativo, tipicamente Windows CE o embedded Linux, mentre l'altro gestisce la serie di processori che possono svolgere una varietà di funzioni dedicate come quella, ad esempio, di decodificare uno stream video 720p H.264. Ma c'è dell'altro: il modulo completo (il PicoMOD5 di F&S, commercializzato da Data Modul), richiede solamente 3 W, il che lo rende ben più efficiente sotto il profilo energetico delle migliori board serie Zxxx Atom con processore e chipset US15W. Inoltre, questo modulo può essere collegato a un display con risoluzione fino a 1280 x 1024 con un solo processore Arm e senza ulteriori controller grafici.

L'embedded per l'industriale
Alla luce di quanto descritto, cosa si può quindi concludere in merito all'embedded in ambiente industriale? Il numero di piattaforme con potenza di calcolo tale da supportare applicazioni embedded che anni fa nemmeno si pensava fossero realizzabili, sta conoscendo oggi il suo punto culminante. Restano tuttavia alcuni parametri importanti da tenere in conto quando si sceglie una piattaforma di questo tipo: efficienza energetica, sistema operativo (Windows XP embedded, LinuxX86, Linux, Arm, Windows CE, ecc. con le loro implicazioni economiche in termini di costi di licenza), forma, I/O necessari, capacità di calcolo richiesta, risoluzione del display, tempi di start-up ecc. La conclusione è che indubbiamente Atom è una fantastica tecnologia, che offre innumerevoli nuove possibilità: ne esistono comunque altre, in grado di soddisfare, forse anche con maggiore efficienza, alcune particolari esigenze di progetto.

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