Quando si tratta di hardware informatico, la decisione tra costruire o acquistare è sempre stata complicata. Hardware personalizzato offre maggiori opportunità di ottimizzazione, ma le schede pronte all'uso possono fornire un percorso di progettazione più rapido e semplice. - E se ci fosse una terza opzione che offrisse il meglio di entrambi i mondi?
20 anni fa, i principali produttori di hardware del settore hanno unito le forze per rispondere a questa domanda. Il risultato è stato COM Express, che risolve il dilemma della personalizzazione suddividendo i Computer a Scheda Singola (SBC, “Single Board Computer”) in due componenti: un Computer su Modulo standardizzato (CoM, “Computer on Module”), noto anche come Sistema su Modulo (SoM, “System on Module”), che contiene il processore e altri circuiti ad alta velocità, e una scheda personalizzata denominata “carrier” che fornisce funzionalità specifiche per l'applicazione come I/O.
Questo approccio ha avuto un enorme successo, dando agli ingegneri la possibilità di ottimizzare il loro hardware senza un design completamente personalizzato. Ma COM Express è stato tradizionalmente limitato ai processori con architettura x86. Sebbene fosse una scelta logica 20 anni fa, questa restrizione è diventata un serio vincolo di progettazione. Oggi, tutto sta cambiando con l'introduzione di moduli COM Express che utilizzano i più recenti processori Arm per spingere nuovi confini nell'integrazione, nell'efficienza e nelle prestazioni AI.
Vantaggi di portare Arm su COM Express
Il tradizionale focus sull'architettura x86 era guidato da considerazioni pragmatiche. Alcune delle caratteristiche dei processori x86 sono fondamentali per i sistemi embedded, come il loro ampio supporto software, la compatibilità intergenerazionale e l'I/O ad alte prestazioni. Le interfacce I/O e i budget di potenza dell'architettura x86 si sono allineati strettamente con COM Express.
Tuttavia, i continui progressi nei processori Arm hanno cambiato gli equilibri di queste considerazioni. In risposta, produttori come SECO stanno aprendo la strada all'integrazione dei processori Arm nei moduli COM Express. Questa mossa offre diversi vantaggi:
- Calcolo eterogeneo: L'area aggiuntiva della scheda e la capacità di ingresso di potenza di COM Express, rispetto a standard più focalizzati su Arm come SMARC, consentono la combinazione di un microprocessore Arm con acceleratori aggiunti come processori di intelligenza artificiale (AI).
- Basso consumo energetico: Dove i processori Arm possono soddisfare le esigenze di elaborazione e periferiche di un'applicazione, forniscono tipicamente un'operazione più efficiente dal punto di vista energetico.
- Funzioni integrate: Molti processori Arm sono dotati di periferiche e capacità di elaborazione integrate, come unità di elaborazione neurale (NPU), interfacce per fotocamere e motori di sicurezza, che potrebbero non essere presenti nei processori x86.
- Supporto per microcontrollori: Molti SoC Arm includono uno o più microcontrollori, tipicamente una variante di Cortex-M, che consentono funzioni di controllo a basso livello separate e simultanee che eseguono sistemi operativi in tempo reale come FreeRTOS o Zephyr.
Per sfruttare questi vantaggi, con enfasi sul calcolo eterogeneo, SECO ha sviluppato il modulo COM Express SOM-COMe-BT6-RK3588, che esamineremo ora in dettaglio.
Portare la piena potenza della CPU Arm ai moduli COM-Express
Con il SOM-COMe-BT6-RK3588, SECO ha integrato con successo il microprocessore Arm Rockchip RK3588 e l'unità di elaborazione dell'intelligenza artificiale Axelera AI Metis (AIPU).
L'RK3588 presenta quattro core di elaborazione Cortex-A76, quattro Cortex-A55 e tre Cortex-M0, insieme a una GPU integrata (Arm Mali-G610 MC4), NPU e acceleratori di codifica e decodifica video incorporati. L'AIPU offre una notevole prestazione AI di 214 TOPS. Inoltre, il modulo supporta fino a 32 GB di RAM LPDDR5-3200 per il microprocessore e 2 GB di LPDDRx-2133 per l'AIPU.
Per garantire un'ampia connettività, questo modulo COM Express Type 6 Basic include 1x Gigabit Ethernet, 2x USB Type-C con modalità DP-Alt, 4x porte USB 5 Gbps, 1x porta USB 2.0 e fino a quattro corsie PCIe, configurate come 3 o 4 porte totali. Le interfacce aggiuntive includono I2S, UART, SPI e I2C. Un modulo TPM 2.0 a bordo facilita la sicurezza. Il modulo aderisce allo standard COM Express Type 6 Basic, misurando 125 mm x 95 mm.
Combinando il processore Arm RK3588 con l'AIPU Axelera Metis, il SOM-COMe-BT6-RK3588 facilita operazioni di rilevamento e riconoscimento video e immagine ad alte prestazioni da più fonti edge, insieme al controllo completo a livello applicativo.
Supporto software completo
Non si tratta solo di hardware: gli sviluppatori hanno anche bisogno di un robusto supporto software per le implementazioni CoM. È qui che entra in gioco Clea, la piattaforma software edge-to-cloud di SECO. Clea include componenti software sia cloud che edge per distribuire e operare in modo completo l'infrastruttura IoT, orchestrando l'analisi dei dati, la comunicazione e la gestione della flotta a vari livelli di granularità. Con Clea, le organizzazioni possono operare, gestire e controllare una flotta di sistemi basati su COM Express da un'unica piattaforma IoT.
Clea OS è una distribuzione Linux embedded basata su Yocto per dispositivi edge che integra la gestione dei dati IoT, le comunicazioni, la gestione dei dispositivi, la sicurezza in tempo reale e altre funzioni all'interno di un framework DevOps. Progettato per la portabilità su una varietà di piattaforme di processori con minima ricodifica e porting, Clea OS facilita inoltre la conformità alle normative emergenti sulla sicurezza informatica, come con la Direttiva Delegata (DA) sulla sicurezza informatica della Direttiva sulle apparecchiature radio (RED) (EN 18031).
Clea OS integra anche l'SDK Axelera AI Voyager, che facilita soluzioni AI intelligenti al margine. Offre strumenti per valutare le prestazioni, l'accuratezza e il consumo energetico di Metis e consente un'integrazione semplificata con pipeline AI ottimizzate e accesso diretto all'hardware tramite API a basso livello.
Guidare la tecnologia futura
La combinazione del SOM-COMe-BT6-RK3588 e Clea è ideale per numerosi settori. Eccelle nel calcolo AI al margine, specialmente nella visione artificiale, dove l'elaborazione dei dati in tempo reale at the edge riduce al minimo la dipendenza dall'infrastruttura cloud. Nel settore sanitario, supporta diagnosi guidate dall'AI e monitoraggio in tempo reale dei pazienti. Nell'automotive e nei trasporti, fornisce la potenza necessaria per il rilevamento degli oggetti in tempo reale, la pianificazione del percorso e la navigazione nei veicoli autonomi.
Conclusione
Arm su COM Express è un approccio nuovo ma incredibilmente promettente, e offre vantaggi come l'elaborazione eterogenea, l'efficienza energetica migliorata, la funzionalità aggiunta e una maggiore scalabilità. Apre nuove opportunità per casi d'uso specializzati, in particolare per casi d'uso di edge AI computing e i sistemi autonomi. In combinazione con Clea OS semplifica il deployment di sistemi IoT, inclusa l'abilitazione di applicazioni Edge AI. SECO è impegnata a rendere questi vantaggi ampiamente accessibili estendendo il supporto COM Express basato su Arm su più piattaforme.
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