Depuis de nombreuses années, les performances de pointe inégalées, la stabilité à long terme et la large compatibilité logicielle de l'architecture x86 lui ont permis de dominer les applications critiques haut de gamme. Cependant, la capacité croissante des architectures basées sur Arm modifie le statu quo pour les systèmes modernes en périphérie qui nécessitent des performances en temps réel, la fusion de capteurs et l'intelligence artificielle (IA) dans des enveloppes de puissance restreintes. Ici, nous examinons les raisons derrière cette tendance avant de présenter le SECO SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X, une plateforme informatique compacte qui met en avant les avantages de l'Arm haute performance et facilite son adoption.
Au fil des décennies, x86 est devenu la norme de facto dans les architectures embarquées pour les systèmes critiques haut de gamme. Les raisons résident dans la haute performance des processeurs disponibles, la perspective de déploiement à long terme permise par les standards Computer-on-Module (COM) tels que COM Express, et la large compatibilité logicielle. Les domaines d'application typiques pour les conceptions x86 vont des systèmes de contrôle industriel et des dispositifs médicaux aux infrastructures critiques dans les réseaux de communication et d'énergie.
En parallèle, Arm a évolué comme l'architecture dominante pour les conceptions embarquées à faible consommation d'énergie et efficaces. L'accent était mis sur un comportement déterministe, une faible consommation d'énergie avec une faible puissance thermique (TDP), et un haut niveau d'intégration. Cette séparation claire entre les deux mondes a persisté pendant longtemps.
Aujourd'hui, cependant, cette séparation commence à s'estomper. Les processeurs Arm modernes à haute performance atteignent des niveaux de performance comparables aux CPU x86 avancés et sont désormais capables de permettre des plateformes critiques, également.
Nouvelles exigences dues aux charges de travail Edge modifiées
Avec les processeurs Arm à haute performance actuellement disponibles, les fabricants de CPU inaugurent une nouvelle ère qui remet en question la domination de x86 ces dernières années. Un moteur clé de ce changement est l'évolution des applications Edge typiques, qui se concentraient auparavant sur la capture de données et leur transfert vers le cloud, mais qui doivent désormais de plus en plus gérer des tâches complexes d'IA localement.
Celles-ci incluent, par exemple, des tâches d'inférence d'IA pour l'informatique Edge, la fusion de capteurs et l'analyse de données en temps réel. De telles charges de travail complexes nécessitent non seulement une haute performance de calcul, mais aussi une faible latence dans le transfert de données et un comportement déterministe.
En même temps, des facteurs supplémentaires gagnent en importance, notamment dans les infrastructures critiques. En particulier dans les environnements thermiquement contraints, les développeurs doivent de plus en plus considérer la performance par Watt. De plus, la complexité de l'intégration système continue d'augmenter. Cela affecte principalement les conceptions qui doivent répondre aux exigences de taille, poids, puissance et coût (SWaP-C). En outre, des considérations existent pour maintenir les coûts de la nomenclature (BOM) bas et assurer une disponibilité à long terme.
Toutes ces exigences s'alignent bien avec le développement dans l'écosystème Arm, qui répond aux attentes modernes grâce à une densité d'intégration élevée, une efficacité énergétique et une disponibilité à long terme.
Examiner l'impact des conceptions Arm à haute performance
Dans le passé, les développeurs devaient souvent choisir entre les architectures Arm à faible consommation et x86 à haute performance. Avec l'émergence des conceptions Arm à haute performance, cependant, la question fondamentale de conception est en train de changer. Au lieu d'un compromis entre performance et consommation d'énergie, un compromis équilibré entre les deux aspects est mis en avant.
Cet équilibre amélioré entre performance et consommation d'énergie est le plus évident dans la transition des conceptions traditionnelles aux conceptions à haute performance. Les plateformes modernes avec des CPU haut de gamme se rapprochent progressivement des charges de travail de classe serveur en termes de performance de calcul, les rendant adaptées aux systèmes critiques. Ces plateformes intègrent souvent CPU, GPU et NPU au sein d'un seul système sur puce (SoC), ce qui réduit le nombre de composants externes sur la carte porteuse, augmentant ainsi la fiabilité du système et améliorant le temps moyen entre les pannes (MTBF).
Un autre aspect clé est l'intégration de l'accélération IA via un NPU directement sur le SoC. Cette intégration réduit le besoin de modules d'accélération IA externes coûteux (en fonction de la charge de travail IA, de la taille du modèle et d'autres facteurs), ainsi que des interfaces supplémentaires et des latences associées, ce qui est particulièrement pertinent pour l'IA Edge et l'analyse en temps réel. De plus, les architectures de mémoire unifiée permettent au CPU, GPU et NPU d'accéder à des régions de mémoire partagées, réduisant encore la latence.
Ainsi, la maturité industrielle des plateformes Arm modernes a considérablement progressé. Des fonctionnalités de sécurité améliorées, une haute disponibilité et un support pour des plages de température industrielles permettent un déploiement dans des environnements difficiles. En même temps, l'écosystème des systèmes d'exploitation (OS) a évolué ; en plus des distributions Linux, les systèmes d'exploitation en temps réel et les approches hybrides sont de plus en plus disponibles, rendant les plateformes Arm adaptées aux charges de travail mixtes. Les standards ouverts facilitent encore l'adoption de ces technologies. Les conceptions de systèmes existantes peuvent être réutilisées, intégrant de nouvelles architectures sans nécessiter de refontes complètes.
Exploiter les COM ouverts pour des plateformes Edge mission-critical
Les COM sont des modules de calcul standardisés et enfichables qui intègrent le processeur, la mémoire et les fonctionnalités essentielles dans un module compact, en séparant ces fonctions de la carte porteuse spécifique à l’application. Les standards COM ouverts offrent des avantages sur l’ensemble du cycle de vie, permettant une stratégie de plateforme évolutive, réduisant la dépendance à des architectures de processeur spécifiques et facilitant la migration (par exemple, de x86 vers Arm). Les conceptions de cartes porteuses existantes peuvent souvent être réutilisées ou adaptées avec un effort limité.
Un exemple de cette approche est le SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X de SECO. Le module repose sur le standard COM Express Type 6 Compact (95 mm x 95 mm), traditionnellement fortement associé à l’écosystème x86. La combinaison de ce standard avec une plateforme basée sur Arm simplifie l’intégration dans les systèmes existants et réduit les barrières à l’adoption d’une nouvelle architecture.
Le module est disponible en versions commerciales et industrielles, afin de répondre à différents scénarios d’application. Il s’appuie sur une architecture SoC basée sur Arm de la série Qualcomm Dragonwing IQ-X. Il comprend un CPU multicœur cadencé jusqu’à 3,4 GHz, une NPU Hexagon intégrée délivrant jusqu’à 45 TOPS (Tera Operations per Second) pour l’inférence IA et l’analytique en temps réel, ainsi qu’un GPU Adreno capable de piloter jusqu’à quatre écrans indépendants pour des applications multi-écrans et de visualisation. Côté logiciel, la plateforme prend en charge des systèmes d’exploitation basés sur Linux, dont Yocto, permettant une intégration flexible dans les stacks logiciels existants.
En outre, le module propose des interfaces modernes telles que 2x PCIe Gen 4, 2x USB4 Gen 3 et Ethernet 2,5 Gigabit avec Time-Sensitive Networking (TSN). Ces éléments, ainsi que d’autres fonctionnalités, permettent à la fois un débit de données élevé et des communications déterministes pour les applications temps réel. Un kit d’évaluation disponible permet aux développeurs de mettre rapidement en œuvre et de valider la plateforme.
Conclusion
L’architecture x86 reste une solution robuste et éprouvée pour les applications mission-critical. Dans le même temps, les plateformes Arm modernes démontrent que haute performance, faible consommation énergétique et forte intégration système sont de plus en plus compatibles.
La combinaison de processeurs Arm haute performance et de standards ouverts tels que COM Express permet aux systèmes existants d’évoluer progressivement. Des plateformes comme le SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X offrent une base concrète pour implémenter efficacement l’IA, l’analytique en temps réel et des charges de travail Edge complexes.
Pour les développeurs, cela signifie avant tout une chose : le choix de l’architecture n’est plus une question de « l’un ou l’autre », mais de sélection du profil global optimal en fonction de l’application.
Pour plus d’informations sur le SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X, veuillez consulter le site web de SECO. L’équipe SECO se tient à votre disposition pour toute question spécifique.