Wenn es um Computerhardware geht, war die Entscheidung zwischen Eigenbau und Kauf schon immer knifflig. Maßgeschneiderte Hardware bietet mehr Optimierungsmöglichkeiten, aber Standardplatinen können einen schnelleren und einfacheren Designweg bieten. - Was wäre, wenn es eine dritte Option gäbe, die das Beste aus beiden Welten vereint?
Vor 20 Jahren schlossen sich die führenden Hardwarehersteller der Branche zusammen, um diese Frage zu beantworten. Das Ergebnis war COM Express, das das Dilemma der Anpassung löst, indem es Einplatinencomputer (SBCs) in zwei Komponenten aufteilt: ein standardisiertes Computer-on-Module (CoM), auch bekannt als System-on-Module (SoM), das den Prozessor und andere Hochgeschwindigkeitsschaltungen enthält, und eine kundenspezifische Trägerplatine, die anwendungsspezifische Funktionen wie I/O bereitstellt.
Dieser Ansatz war enorm erfolgreich und gab Ingenieuren die Möglichkeit, ihre Hardware zu optimieren, ohne ein vollständig kundenspezifisches Design zu benötigen. COM Express war jedoch traditionell auf x86-Architekturprozessoren beschränkt. Während dies vor 20 Jahren eine logische Wahl war, ist diese Einschränkung zu einem ernsthaften Designproblem geworden. Heute ändert sich das alles mit der Einführung von COM Express-Modulen, die die neuesten Arm-Prozessoren verwenden, um neue Grenzen in Integration, Effizienz und KI-Leistung zu überschreiten.
Vorteile der Integration von Arm in COM Express
Der traditionelle Fokus auf die x86-Architektur wurde durch pragmatische Überlegungen getrieben. Merkmale von x86-Prozessoren, wie ihre breite Softwareunterstützung, generationsübergreifende Kompatibilität und leistungsstarke I/O, sind für eingebettete Systeme entscheidend. Die I/O-Schnittstellen und Leistungsgrenzen der x86-Architektur haben sich eng an COM Express ausgerichtet.
Fortschreitende Entwicklungen bei Arm-Prozessoren haben jedoch das Gleichgewicht der Überlegungen verändert. In Reaktion darauf sind Hersteller wie SECO Vorreiter bei der Integration von Arm-Prozessoren in COM Express-Module. Dieser Schritt bietet mehrere Vorteile:
- Heterogenes Computing: Die zusätzliche Leiterplattenfläche und die Eingangsleistungskapazität von COM Express im Vergleich zu stärker auf Arm fokussierten Standards wie SMARC ermöglichen die Kombination eines Arm-Mikroprozessors mit zusätzlichen Beschleunigern wie künstlichen Intelligenz (KI)-Prozessoren.
- Niedriger Energieverbrauch: Wo Arm-Prozessoren die Verarbeitungs- und Peripherieanforderungen einer Anwendung erfüllen können, bieten sie typischerweise einen energieeffizienteren Betrieb.
- Integrierte Funktionen: Viele Arm-Prozessoren verfügen über integrierte Peripheriegeräte und Verarbeitungskapazitäten, wie neuronale Verarbeitungseinheiten (NPUs), Kameraschnittstellen und Sicherheits-Engines, die in x86-Prozessoren möglicherweise nicht vorhanden sind.
- Mikrocontroller-Unterstützung: Viele Arm-SoCs enthalten einen oder mehrere Mikrocontroller, typischerweise eine Variante von Cortex-M, die separate und gleichzeitige Low-Level-Steuerungsfunktionen ermöglichen, die Echtzeitbetriebssysteme wie FreeRTOS oder Zephyr ausführen.
Um diese Vorteile zu nutzen, mit Schwerpunkt auf heterogenem Computing, hat SECO das COM Express-Modul SOM-COMe-BT6-RK3588 entwickelt, das wir nun im Detail untersuchen werden.
Volle Arm-CPU-Leistung in COM-Express-Module bringen
Mit dem SOM-COMe-BT6-RK3588 hat SECO erfolgreich den Rockchip RK3588 Arm-Mikroprozessor und die Axelera AI Metis Artificial Intelligence Processing Unit (AIPU) integriert.
Der RK3588 verfügt über vier Cortex-A76, vier Cortex-A55 und drei Cortex-M0 Prozessorkerne sowie eine integrierte GPU (Arm Mali-G610 MC4), NPU und eingebettete Video-Encode- und Decode-Beschleuniger. Die AIPU liefert bemerkenswerte 214 TOPS an KI-Leistung. Darüber hinaus unterstützt das Modul bis zu 32 GB LPDDR5-3200 RAM für den Mikroprozessor und 2 GB LPDDRx-2133 für die AIPU.
Um eine umfassende Konnektivität zu gewährleisten, umfasst dieses COM Express Type 6 Basic-Modul 1x Gigabit Ethernet, 2x USB Type-C mit DP-Alt-Modus, 4x USB 5 Gbps-Ports, 1x USB 2.0-Port und bis zu vier PCIe-Lanes, konfiguriert als 3 oder 4 Gesamtports. Zusätzliche Schnittstellen umfassen I2S, UART, SPI und I2C. Ein Onboard-TPM 2.0-Modul erleichtert die Sicherheit. Das Modul entspricht dem COM Express Type 6 Basic-Standard und misst 125 mm x 95 mm.
Durch die Kombination des RK3588 Arm-Prozessors mit der Axelera Metis AIPU ermöglicht das SOM-COMe-BT6-RK3588 Hochleistungs-Videodetektion und -erkennung aus mehreren Quellen am Edge sowie eine vollständige Anwendungssteuerung.
Umfassende Softwareunterstützung
Es geht nicht nur um Hardware – Entwickler benötigen auch eine robuste Softwareunterstützung für CoM-Einsätze. Hier kommt Clea, SECOs Edge-to-Cloud-Softwareplattform, ins Spiel. Clea umfasst sowohl Cloud- als auch Edge-Softwarekomponenten, um IoT-Infrastrukturen vollständig bereitzustellen und zu betreiben, Datenanalyse, Kommunikation und Flottenmanagement auf verschiedenen Granularitätsebenen zu orchestrieren. Mit Clea können Organisationen eine Flotte von COM Express-basierten Systemen von einer einzigen IoT-Plattform aus betreiben, verwalten und steuern.
Clea OS ist eine Yocto-basierte eingebettete Linux-Distribution für Edge-Geräte, die IoT-Datenmanagement, Kommunikation, Gerätemanagement, Echtzeitsicherheit und andere Funktionen innerhalb eines DevOps-Rahmens integriert. Clea OS ist für die Portabilität über eine Vielzahl von Prozessorplattformen mit minimalem Neucodieren und Portieren konzipiert und erleichtert zusätzlich die Einhaltung aufkommender Cybersicherheitsvorschriften, wie der delegierten Verordnung (DA) zur Cybersicherheit (EN 18031) der Funkanlagenrichtlinie (RED).
Clea OS integriert auch das Axelera AI Voyager SDK, das intelligente Edge-KI-Lösungen erleichtert. Es bietet Werkzeuge zur Bewertung der Leistung, Genauigkeit und Energieverbrauch von Metis und ermöglicht eine nahtlose Integration mit optimierten KI-Pipelines und direktem Hardwarezugriff über Low-Level-APIs.
Zukunftstechnologie vorantreiben
Die Kombination aus dem SOM-COMe-BT6-RK3588 und Clea ist ideal für zahlreiche Branchen. Es glänzt im Edge-KI-Computing – insbesondere bei der Computer Vision –, wo die Echtzeit-Datenverarbeitung am Edge die Abhängigkeit von Cloud-Infrastrukturen minimiert. Im Gesundheitswesen unterstützt es KI-gesteuerte Diagnosen und die Echtzeit-Überwachung von Patienten. In der Automobil- und Transportbranche bietet es die Leistung, die für die Echtzeit-Objekterkennung, Pfadplanung und Navigation in autonomen Fahrzeugen erforderlich ist.
Fazit
Arm auf COM Express ist ein neuartiger, aber vielversprechender Ansatz, der Vorteile wie heterogene Verarbeitung, verbesserte Energieeffizienz, zusätzliche Funktionalität und höhere Skalierbarkeit bietet. Er eröffnet neue Möglichkeiten für spezialisierte Anwendungsfälle – insbesondere KI-Edge-Computing und autonome Systeme. In Kombination mit Clea OS wird die Bereitstellung von Edge-IoT-Systemen, einschließlich der Ermöglichung von Edge-KI-Anwendungen, vereinfacht. SECO ist bestrebt, diese Vorteile durch die Erweiterung der Arm-basierten COM Express-Unterstützung auf mehreren Plattformen weit zugänglich zu machen.
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