Cuando se trata de hardware de computación, la decisión de construir o comprar siempre ha sido complicada. El hardware personalizado ofrece más oportunidades de optimización, pero las placas comerciales pueden proporcionar un camino de diseño más rápido y fácil. - ¿Y si hubiera una tercera opción que ofreciera lo mejor de ambos mundos?
Hace 20 años, los principales fabricantes de hardware de la industria unieron fuerzas para responder a esta pregunta. El resultado fue COM Express, que resuelve el dilema de la personalización al dividir las computadoras de placa única (SBC) en dos componentes: un ordenador en módulo estandarizado (CoM), también conocido como sistema en módulo (SoM), que contiene el procesador y otros circuitos de alta velocidad, y una placa portadora personalizada que proporciona funcionalidad específica de la aplicación como E/S.
Este enfoque ha sido enormemente exitoso, dando a los ingenieros la capacidad de optimizar su hardware sin un diseño completamente personalizado. Pero COM Express tradicionalmente ha estado limitado a procesadores de arquitectura x86. Aunque fue una elección lógica hace 20 años, esta restricción se ha convertido en una seria limitación de diseño. Hoy en día, todo eso está cambiando con la introducción de módulos COM Express que utilizan los últimos procesadores Arm para empujar nuevos límites en integración, eficiencia y rendimiento de IA.
Ventajas de llevar Arm a COM Express
El enfoque tradicional en la arquitectura x86 fue impulsado por consideraciones pragmáticas. Las características de los procesadores x86, como su amplio soporte de software, compatibilidad intergeneracional y E/S de alto rendimiento, son críticas para los sistemas embebidos. Las interfaces de E/S y los envolventes de potencia de la arquitectura x86 se han alineado estrechamente con COM Express.
Sin embargo, los avances continuos en los procesadores Arm han cambiado el equilibrio de consideraciones. En respuesta, fabricantes como SECO están liderando la integración de procesadores Arm en módulos COM Express. Este movimiento ofrece varios beneficios:
- Computación heterogénea: El área adicional de la placa de circuito y la capacidad de entrada de energía de COM Express, en comparación con estándares más enfocados en Arm como SMARC, permite la combinación de un microprocesador Arm con aceleradores adicionales como procesadores de inteligencia artificial (IA).
- Bajo consumo de energía: Donde los procesadores Arm pueden satisfacer las necesidades de procesamiento y periféricos de una aplicación, típicamente proporcionan una operación más eficiente en energía.
- Funciones integradas: Muchos procesadores Arm vienen con periféricos y capacidades de procesamiento integrados, como unidades de procesamiento neuronal (NPU), interfaces de cámara y motores de seguridad, que pueden no estar presentes en los procesadores x86.
- Soporte de microcontroladores: Muchos SoC Arm incluyen uno o más microcontroladores, típicamente una variante de Cortex-M, que permiten funciones de control de bajo nivel separadas y simultáneas que ejecutan sistemas operativos en tiempo real como FreeRTOS o Zephyr.
Para aprovechar estos beneficios, con énfasis en la computación heterogénea, SECO ha desarrollado el módulo COM Express SOM-COMe-BT6-RK3588, que ahora examinaremos en detalle.
Llevando toda la potencia de CPU Arm a los módulos COM-Express
Con el SOM-COMe-BT6-RK3588, SECO ha integrado con éxito el microprocesador Arm Rockchip RK3588 y la Unidad de Procesamiento de Inteligencia Artificial (AIPU) Axelera AI Metis.
El RK3588 cuenta con cuatro núcleos de procesamiento Cortex-A76, cuatro Cortex-A55 y tres Cortex-M0, junto con una GPU integrada (Arm Mali-G610 MC4), NPU y aceleradores de codificación y decodificación de video integrados. La AIPU ofrece un notable rendimiento de IA de 214 TOPS. Además, el módulo admite hasta 32 GB de RAM LPDDR5-3200 para el microprocesador y 2 GB LPDDRx-2133 para la AIPU.
Para garantizar una conectividad extensa, este módulo COM Express Tipo 6 Básico incluye 1x Ethernet Gigabit, 2x USB Tipo-C con modo DP-Alt, 4x puertos USB 5 Gbps, 1x puerto USB 2.0 y hasta cuatro carriles PCIe, configurados como 3 o 4 puertos totales. Las interfaces adicionales incluyen I2S, UART, SPI e I2C. Un módulo TPM 2.0 a bordo facilita la seguridad. El módulo se adhiere al estándar COM Express Tipo 6 Básico, midiendo 125 mm x 95 mm.
Al combinar el procesador Arm RK3588 con la AIPU Axelera Metis, el SOM-COMe-BT6-RK3588 facilita operaciones de detección y reconocimiento de video e imagen de múltiples fuentes de alto rendimiento en el borde, junto con un control completo a nivel de aplicación.
Soporte de software integral
No se trata solo de hardware: los desarrolladores también necesitan un soporte de software robusto para los despliegues de CoM. Ahí es donde entra Clea, la plataforma de software de borde a nube de SECO. Clea incluye componentes de software tanto en la nube como en el borde para desplegar y operar completamente la infraestructura IoT, orquestando el análisis de datos, la comunicación y la gestión de flotas a través de varios niveles de granularidad. Con Clea, las organizaciones pueden operar, gestionar y controlar una flota de sistemas basados en COM Express desde una única plataforma IoT.
Clea OS es una distribución de Linux embebido basada en Yocto para dispositivos de borde que integra gestión de datos IoT, comunicaciones, gestión de dispositivos, seguridad en tiempo real y otras funciones dentro de un marco DevOps. Diseñado para portabilidad a través de una variedad de plataformas de procesadores con mínima recodificación y portabilidad, Clea OS además facilita el cumplimiento de regulaciones emergentes de ciberseguridad, como con la Directiva Delegada (DA) sobre Ciberseguridad (EN 18031) de la Directiva de Equipos de Radio (RED).
Clea OS también integra el SDK Axelera AI Voyager, que facilita soluciones inteligentes de IA en el borde. Ofrece herramientas para evaluar el rendimiento, la precisión y el uso de energía de Metis y permite una integración optimizada con canalizaciones de IA optimizadas y acceso directo al hardware a través de APIs de bajo nivel.
Impulsando la tecnología futura
La combinación del SOM-COMe-BT6-RK3588 y Clea es ideal para numerosas industrias. Sobresale en la computación de IA en el borde, especialmente en visión por computadora, donde el procesamiento de datos en tiempo real basado en el borde minimiza la dependencia de la infraestructura en la nube. En el cuidado de la salud, apoya diagnósticos impulsados por IA y monitoreo en tiempo real de pacientes. En automoción y transporte, proporciona la potencia necesaria para la detección de objetos en tiempo real, planificación de rutas y navegación en vehículos autónomos.
Conclusión
Arm en COM Express es un enfoque novedoso pero prometedor que ofrece beneficios como procesamiento heterogéneo, mayor eficiencia energética, funcionalidad añadida y mayor escalabilidad. Abre nuevas oportunidades para casos de uso especializados, especialmente en computación de IA en el borde y sistemas autónomos. En combinación con Clea OS, el despliegue de sistemas IoT en el borde, incluyendo la habilitación de aplicaciones de IA en el borde, se simplifica. SECO está comprometido a hacer que estas ventajas sean ampliamente accesibles al extender el soporte de COM Express basado en Arm a través de múltiples plataformas.
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