背板系統設計仰賴漸深 嵌入式電腦模組進行CPU整合

作者 : congatec

CompactPCI Serial或VPX、VME等背板系統在嵌入式運算領域的市佔率相當可觀。原因在其高度的設計靈活性,對於在各種產業蓬勃發展的強固型邊緣運算市場極具吸引力,在該設計原則中加入嵌入式電腦模組的概念後,能展現更多元用途的優勢。

長久以來,系統設計工程師皆採用嵌入式的系統設計概念,只需將各種機板插入系統,即可配置專用平台。該類型的首部嵌入式電腦是由西門子(Siemens)等公司於上個世紀在AT/ISA96上打造而成,而在PICMG、VITA等標準化機構的支援下,背板系統方法順利進入許多不同的市場,範圍涵蓋航太、政府運算和國防到運輸、工業自動化、廣播和營運商等級電信產業。2018年,用於背板系統的插入式機板,約佔整個嵌入式機板市場的33%當時系統整合市場的規模幾乎相同,約佔整個CompactPCI Serial市場的45%。此外,分析師也預測,軟體和硬體層面對適應特定應用上的需求將日益增加。因此,系統整合及客製化服務在盈利下的成長率,於2019~2025年間預計將超過12%。

理器機板是關鍵

I/O機板大多是為了滿足特定需求而量身打造(例如數位I/O機板具有高擴充性),CPU機板卻是客製化的關鍵點。這歸結到一個問題:OEM要使用商用現成(COTS)標準機板,還是需要為其專用需求量身打造的平台?通常,標準機板配備多種介面。如果終端應用僅為小批量生產,則為了實際上不需要的介面付費是可接受的。但涉及的數量較大時,必須排除所有不必要的元件。除了成本因素之外,還有節省空間的考量:如果CPU機板只提供實際所需的重要功能,則可將機板,乃至整個系統設計得更為精巧。但在這些情況下,是否需要一個標準機板的專用版本?這表示每一代新處理器都需要重新客製化,況且還有其所有相應的一次性工程成本(NRE)!為此,來自整合服務市場的創新系統工程師進行了深入評估,如今除了提供系統配置之外,CPU機板客製化服務也越來越常見,這項服務運用標準化嵌入式電腦模組和個別設計的載板。對OEM而言,如此可大幅節省CompactPCI Serial、VPX、VME等背板系統的批量生產成本。

完美契合客戶需求

當標準機板價格合理且多餘介面極少的情況下,嵌入式電腦模組顯然並非最佳選擇。但每當需要更多客製化設計以完美契合OEM應用所需時,嵌入式電腦模組和載板方法則對CompactPCI Serial、VPX和VME而言更具吸引力。這是因為此類設計可在CPU機板上直接支援各種客製化介面,而不需要伴隨對應成本的專用I/O機板。另一個出色的優勢,在於其設計不受限於特定處理器配置。因此,OEM和工業終端使用者可採用特定應用載板並視需要擴充CPU。這對製造系統系列產品有利,因可透過採用散熱系統而將多種TDP範圍的單一處理器系列納入;也可透過尋找嵌入式電腦模組的第二來源供應商而提高獨立性;最後,其也可能採用具有不同BGA接腳的全新世代處理器。如果採用同時支援ARM和x86處理器的嵌入式電腦模組標準,甚至可以跨兩種選項進行擴充。

高投資報酬率、降低一次性工程成本並改善永續性

一旦設計出上述的專用載板,應用裝置就能多年常存於相同的CPU載板配置中,提供超高擴充性並讓使用壽命延續多個處理器世代。此類設計可獲致極高的投資報酬率(ROI)並大幅降低一次性工程成本,也能滿足高永續性的訴求:每當需要效能更新或處理器步入淘汰階段,只要更換電腦模組即可;其他一切皆可重複使用。電信級通訊領域的邊緣系統設計師估計,為採用嵌入式電腦模組的霧端伺服器配置,花費僅為第一代效能初始投資的50%,不難理解這是由於整個實體硬體有大約85%可重複使用,因此在浪費因素上有更大幅度的縮減。這對提供邊緣運算為「服務」的公司而言非常有利,因為他們不再著眼於整個系統的銷售。有趣的是,在此能看到經濟與生態論據攜手並進,而不是互相衝突。

系統整合商暗藏的王牌

為什麼我們不早點開發這樣的系統設計?原因可能在於,擁有各種平台組合的嵌入式運算供應商,對於在標準嵌入式主機板或單板上重複使用模組外型規格不感興趣。通常,不同的實體負責相互競爭下的不同設計。但時代正在改變,某些系統整合供應商現在向OEM客戶開放此機會,例如英國的Recab。該公司為OEM提供從系統整合到載板設計等各種服務。他們唯一不自己做的事是設計專用的CPU機板,而是選擇與該領域的頂尖CPU機板供應商合作。Recab在VME、VPX和CompactPCI Serial的系統整合及客製化市場提供長期專業知識,因此也能解答關鍵問題:「我需要標準CPU機板、該機板的客製化版本,還是適合OEM系統的電腦模組(COM)和載板設計?」答案通常是電腦模組和載板,因為此類設計通常可充分滿足OEM系統的特定需求,長期而言也兼顧更高的永續性和投資報酬率。

為邊緣應用設計

多年來,Recab已為各種產業建立此類電腦模組和載板設計。最近實現的系統是超強固載板搭配COM Express模組,專為亟需改善上游和中游數位轉型的石油與天然氣產業量身打造。兩種產業的特性在於資產和基礎架構分散在惡劣環境中,因此需要極為穩健的嵌入式平台才能因應數位轉型挑戰,進而大幅節省成本。國際能源署估計,數位化降低石油和天然氣產業生產成本的幅度可高達20%。稽核與顧問公司PwC指出,尚有極大潛力透過更有效率的維護並更妥善地利用資產以達到節約。此外,採用人工智慧,以及結合組織與外部合作夥伴的整合式平台,可進一步在供應鏈中實現節省的可能。如果將這些流程數位化,上游和中游產業的公司在資本和營運成本上,便可能省下高達1兆美元之多。

 

以嵌入式電腦模組為基礎的被動式背板系統模組化設計為OEM帶來許多好處。Recab最新的設計,協助石油與天然氣產業加快上游和中游產業數位化。

 

數位化——龐大市場

新的Recab平台是為了實現這項潛力應運而生,並能滿足上游和中游石油與天然氣產業的需求。它是專為擴大溫度範圍而設計,可選用保形塗層以防止因溫度波動大而受到鹽水或凝結影響。此外,它提供全面的伺服器級RAS (可靠性、可用性、可維護性)功能,讓OEM能夠可靠地遠端管理數千個裝置。平台採用目前最多6核心,以及超低25W TDP的多核心設計,適用於完全無風扇的系統設計,因此24小時運作免維護,並搭配具有最高IP防護等級的密封外殼。以RTS超管理器技術為基礎的虛擬機器,可劃分包括區域即時控制及觸覺網際網路等各種任務,以最佳方式運用現有的運算資源。此虛擬化選項還具備另一項優勢,即這些新平台也適用於建構具有成本效益的通用客戶端設備(uCPE)。此類開放標準硬體設備用於客戶的邊緣IT代管電信網路功能,包括軟體定義網路(SDN)和網路功能虛擬化(NFV)。

完美整合的解決方案

就標準嵌入式電腦模組而言,Recab選擇引領全球嵌入式電腦模組市場,總部位於德國的康佳特擔任他們的供應商兼合作夥伴。Recab執行長Martin Frederiksen在多年的職業生涯中,致力管理康佳特在英國和北歐的銷售,因此順利建立合作關係。利用與該供應商的密切關係,Recab將自身定位為與康佳特協同將電腦模組設計帶入CompactPCI Serial,以及VPX和VME市場的合作夥伴。

值得觀察的是,為進一步提升客戶利益,該公司將推出多少COM-HPC和COM Express標準載板,以及能成功進入多少個在過去絕對無法獨力應付的新市場。簡而言之,評估CompactPCI Serial,以及VPX和VM的嵌入式電腦模組方法時,值得關注的是康佳特的載板設計服務合作夥伴所提供的產品。實際上,此服務也預計將透過康佳特銷售通路提供,讓這種具吸引力之設計原則的觸角加速拓展,達到更佳的投資報酬率和永續性。

 

康佳特最新的COM-HPC和COM Express嵌入式電腦模組以全新第11代Intel Core處理器(代號Tiger Lake)為基礎,專為CompactPCI Serial、VME和VPX系統中的SBC量身打造。

 

 

 

 

 

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