Per molti anni, le prestazioni elevate, la stabilità a lungo termine e l'ampia compatibilità software dell'architettura x86 hanno reso questa tecnologia dominante nelle applicazioni critiche di fascia alta. Tuttavia, la crescente capacità delle architetture basate su Arm sta modificando lo status quo per i sistemi edge moderni che richiedono prestazioni in tempo reale, fusione di sensori e Intelligenza Artificiale (AI) all'interno di vincoli energetici stringenti. Qui, esaminiamo le ragioni dietro questa tendenza prima di introdurre il SECO SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X, una piattaforma di calcolo compatta che evidenzia i vantaggi delle architetture Arm ad alte prestazioni e ne facilita l'adozione.
Per decenni, x86 è stato lo standard de-facto nelle architetture embedded per sistemi mission-critical di fascia alta. Le ragioni risiedono nelle elevate prestazioni dei processori disponibili, nella prospettiva di disponibilità a lungo termine abilitata dagli standard Computer-on-Module (COM) come COM Express e nella vasta compatibilità software. Le aree di applicazione tipiche per i progetti x86 spaziano dai sistemi di controllo industriale e dispositivi medici alle infrastrutture critiche nelle reti di comunicazione ed energia.
Parallelamente, Arm si è evoluto come l'architettura dominante per progetti embedded efficienti e a basso consumo energetico. L'attenzione era rivolta al comportamento deterministico, al basso consumo energetico con basso Thermal Design Power (TDP) e a un alto livello di integrazione. Questa chiara separazione tra i due mondi è persistita per molto tempo.
Oggi, tuttavia, questa separazione sta iniziando a sfumare. I moderni processori Arm ad alte prestazioni stanno raggiungendo livelli di prestazione comparabili ai CPU x86 avanzati e sono ora in grado di abilitare anche piattaforme mission-critical.
Nuovi requisiti guidati dall'evoluzione dei workload Edge
Con i processori Arm ad alte prestazioni attualmente disponibili, i produttori di CPU stanno inaugurando una nuova era che sta sfidando il dominio di x86 negli ultimi anni. Un fattore chiave di questo cambiamento è l'evoluzione delle applicazioni edge tipiche, che in precedenza si concentravano sulla raccolta dei dati e sul loro inoltro al cloud, ma ora devono sempre più gestire localmente workload complessi di intelligenza artificiale.
Questi includono, ad esempio, compiti di inferenza AI per il calcolo edge, fusione di sensori e analisi dei dati in tempo reale. Tali carichi di lavoro complessi richiedono non solo elevate prestazioni di calcolo, ma anche bassa latenza nel trasferimento dei dati e comportamento deterministico.
Allo stesso tempo, fattori aggiuntivi stanno guadagnando importanza, specialmente nelle infrastrutture mission-critical. In particolare in ambienti con vincoli termici, gli sviluppatori devono considerare sempre più le prestazioni per Watt. Inoltre, la complessità dell'integrazione del sistema continua ad aumentare. Questo riguarda prevalentemente i progetti che devono soddisfare i requisiti SWaP-C (Dimensioni, Peso, Potenza e Costo). Inoltre, esistono considerazioni per mantenere bassi i costi della Bill of Materials (BOM) e garantire la disponibilità a lungo termine del ciclo di vita.
Tutti questi requisiti si allineano bene con lo sviluppo nell'ecosistema Arm, che affronta le aspettative moderne attraverso un'elevata densità di integrazione, efficienza energetica e disponibilità a lungo termine.
L'impatto delle architetture Arm ad alte prestazioni
In passato, gli sviluppatori dovevano spesso scegliere tra architetture Arm a basso consumo e x86 ad alte prestazioni. Con l'emergere dei progetti Arm ad alte prestazioni, tuttavia, la questione fondamentale del design sta cambiando. Invece di un compromesso tra prestazioni e consumo energetico, un equilibrio tra i due aspetti sta entrando in primo piano.
Questo miglioramento del compromesso tra prestazioni e consumo energetico è più evidente nella transizione dai progetti tradizionali a quelli ad alte prestazioni. Le piattaforme moderne con CPU di fascia alta si stanno progressivamente avvicinando ai carichi di lavoro di classe server in termini di prestazioni di calcolo, rendendole adatte per sistemi mission-critical. Queste piattaforme spesso integrano CPU, GPU e NPU all'interno di un singolo sistema su chip (SoC), riducendo il numero di componenti esterni sulla scheda carrier, aumentando così l'affidabilità del sistema e migliorando il Mean Time Between Failures (MTBF).
Un altro aspetto chiave è l'integrazione dell'accelerazione AI tramite un NPU direttamente sul SoC. Questa integrazione riduce la necessità di costosi moduli di accelerazione AI esterni (a seconda del carico di lavoro AI, delle dimensioni del modello e di altri fattori), nonché di interfacce aggiuntive e latenza associata, particolarmente rilevante per l'AI edge e l'analisi in tempo reale. Inoltre, le architetture di memoria unificata consentono alla CPU, GPU e NPU di accedere a regioni di memoria condivise, riducendo ulteriormente la latenza.
Di conseguenza, la maturità industriale delle piattaforme Arm moderne è avanzata significativamente. Funzionalità di sicurezza migliorate, alta disponibilità e supporto per intervalli di temperatura industriali consentono l'impiego in ambienti complessi. Allo stesso tempo, l'ecosistema del sistema operativo si è evoluto; oltre alle distribuzioni Linux, i sistemi operativi in tempo reale e gli approcci ibridi sono sempre più disponibili, rendendo le piattaforme Arm adatte per carichi di lavoro misti. Gli standard aperti facilitano ulteriormente l'adozione di queste tecnologie. I progetti di sistema esistenti possono essere riutilizzati, integrando nuove architetture senza richiedere riprogettazioni complete.
Sfruttare gli standard COM per piattaforme Edge mission-critical
I COM sono moduli di elaborazione standardizzati e plug-in che integrano processore, memoria e funzionalità core in un formato compatto, separando queste funzioni dalla scheda carrier specifica per l’applicazione. Gli standard COM aperti offrono vantaggi lungo l’intero ciclo di vita, consentendo una strategia di piattaforma scalabile, riducendo la dipendenza da singole architetture di processore e facilitando la migrazione (ad esempio, da x86 ad Arm). I design delle carrier board esistenti possono spesso essere riutilizzati o adattati con uno sforzo contenuto.
Un esempio di questo approccio è il SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X di SECO. Il modulo si basa sullo standard COM Express Type 6 Compact (95 mm x 95 mm), tradizionalmente fortemente associato all’ecosistema x86. La combinazione di questo standard con una piattaforma basata su Arm semplifica l’integrazione nei sistemi esistenti e riduce la barriera all’adozione di una nuova architettura.
Il modulo è disponibile in varianti commerciali e industriali, per rispondere a diversi scenari applicativi. Al suo interno è presente un’architettura SoC basata su Arm della serie Qualcomm Dragonwing IQ-X. Include una CPU multi-core con frequenza fino a 3,4 GHz, una NPU Hexagon integrata capace di raggiungere fino a 45 TOPS (Tera Operations per Second) per inferenza AI e analisi in tempo reale, e una GPU Adreno in grado di gestire fino a quattro display indipendenti per applicazioni multi-schermo e di visualizzazione. Dal punto di vista software, la piattaforma supporta sistemi operativi basati su Linux, inclusa Yocto, consentendo un’integrazione flessibile negli stack software esistenti.
Inoltre, il modulo offre interfacce moderne come 2x PCIe Gen 4, 2x USB4 Gen 3 e Ethernet 2,5 Gigabit con Time-Sensitive Networking (TSN). Queste, insieme ad altre funzionalità, abilitano sia un’elevata capacità di throughput dei dati sia comunicazioni deterministiche per applicazioni in tempo reale. Un evaluation kit disponibile supporta gli sviluppatori nel portare rapidamente in esercizio e validare la piattaforma.
Conclusioni
L’architettura x86 rimane una soluzione solida e comprovata per applicazioni mission-critical. Allo stesso tempo, le moderne piattaforme Arm dimostrano come alte prestazioni, basso consumo energetico e un'elevata integrazione di sistema siano sempre più compatibili.
La combinazione tra processori Arm ad alte prestazioni e standard aperti come COM Express consente ai sistemi esistenti di evolvere progressivamente. Piattaforme come il SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X offrono una base concreta per implementare in modo efficiente AI, analisi in tempo reale e workload edge complessi.
Per gli sviluppatori, questo significa soprattutto una cosa: la scelta dell’architettura non è più una questione di “o l’una o l’altra”, ma di individuare il profilo più adatto in funzione dell’applicazione.
Per maggiori informazioni sul SOM-COMe-CT6-Dragonwing-IQ-X, visita il sito SECO. Il team SECO è a disposizione per supportarti su richieste specifiche.