Nowe płyty główne Mini ITX z procesorami AMD Ryzen Embedded

Mikroarchitektura „Zen” firmy AMD wraz z procesorami Ryzen Embedded V1000/R1000 ustanawiają nowy standard wydajności obliczeniowej w systemach embedded nowej generacji, na co niezbicie wskazują parametry bazujących na nich nowych komputerów Advantecha w formacie Mini ITX. Produkty te są kierowane do zastosowań profesjonalnych intensywnie korzystających z grafiki i wymagających niezawodnego działania w pracy non-stop.

Procesory AMD Ryzen Embedded V1000 zintegrowane w ramach chipa SoC z jednostką graficzną „Vega” o dużej wydajności tworzą razem tandem o oszałamiających możliwościach przetwarzania danych i prezentacji grafiki. W porównaniu z poprzednimi platformami wydajność tego procesora jest o 52% większa, a GPU osiąga indeks 3,61 TFLOP-a. Co więcej, przepustowość magistral łączących te bloki jest o 200% większa, a to wszystko jest dostępne za niższą cenę niż trzeba zapłacić za rozwiązania alternatywne. Dzięki imponującej wydajności wymienione procesory Ryzen są idealnymi kandydatami pracy w nowych urządzeniach z obszaru obrazowania medycznego, w urządzeniach HMI, systemach SCADA, aplikacjach widzenia maszynowego, w obszarze monitoringu wideo i systemach zarządzania flotą pojazdów. Oczywiście świetnie nadają się także do wielu zastosowań w branży informacji i rozrywki, w urządzeniach nadawczych (broadcastingu wideo), odtwarzaczach digital signage, symulatorach oraz automatach do gier. AMD Ryzen Embedded R1000 z rdzeniem Zen i grafiką Vega uzupełnia rodzinę zgodnych ze sobą pinowo układów w obudowach BGA w kierunku bardziej opłacalnych kosztowo platform, ale bez straty funkcjonalności i wydajności. Przykładem może być wielowątkowość zapewniająca dużą wydajność, która do niedawna nie była dostępna w procesorach embedded o niewielkiej mocy obliczeniowej, a w „R” już jest dając, aż 3-krotną poprawę łącznej wydajności CPU i GPU w przeliczeniu na wat mocy zasilania i aż 4-krotną poprawę w przeliczeniu na cenę. Jest to więc lepszy wybór w aplikacjach wrażliwych na koszty. Ponieważ układy R1000 pobierają maksymalną moc od 12 do 25 W, są one jednocześnie kompatybilne z platformą Ryzen Embedded V1000, co umożliwia projektantom bazujących na nich komputerów oferowanie bardzo szerokiego zakresu produktów w oparciu o jeden projekt PCB.

Kompatybilność pinowa zapewnia skalowalność

Producenci komputerów do zastosowań embedded wykorzystują istniejącą w ramach rodziny kompatybilność pinową układów V1000 i R1000, aby zapewnić łatwą skalowalność wydajności komputerów. Przykładowo dla płyt głównych Advantecha AIMB-228 Thin Mini-ITX może być ona dobierana przez użycie procesora od Ryzen Embedded R1505G do V1807B. Ten pierwszy jest zintegrowany z grafiką Radeon Vega 3, ma 2 rdzenie i 4 wątki oraz TDP na poziomie 12–25 W przy taktowaniu 2,4–3,3 GHz. Ten drugi zawiera grafikę Radeon RX Vega 11, ma 4 rdzenie i 8 wątków przy TDP 35–54 W i taktowaniu 3,35–3,8 GHz. Pod względem wydajności oznacza to, że jeśli przyjmiemy wydajność najwolniejszego R1505G za 100% to najszybszy V1807B zapewnia 176%. Jeśli chodzi o wydajność grafiki, to możliwości skalowania są jeszcze większe. W omawianych rozwiązaniach komputerów wahają się od 384 GFLOPS-a dla Ryzena R1505G aż do 3,66 TFLOPS-a dla układu Ryzen V1807B, co oznacza, że indeks jest o 953% większy.

Przetwarzanie równoległe w GPU

Duża wydajność GPU to nie tylko możliwość prezentacji zaawansowanej grafiki, ale coraz częściej możliwość wykorzystania akceleratora graficznego do równoległego przetwarzania danych w aplikacjach wizyjnych lub do uruchamiania algorytmów uczenia maszynowego. Pod tym względem środowisko układów firmy AMD wyróżnia się dostępnym wsparciem dla technologii OpenCL oraz ROCm i TensorFlow i dzięki oprogramowaniu open source umożliwia realizację obliczeń z użyciem GPU pod Linuksem. Aby jeszcze bardziej rozbudować możliwości obliczeniowe, płyta główna AIMB-228 Thin Mini-ITX pozwala na montaż modułu rozszerzeń z FPGA podłączanego przez złącze krawędziowe PCIe x1. To opcja często wykorzystywana przez producentów gier, do wstępnego przetwarzania danych w technikach obrazowania z użyciem lidarów, sonarów lub MRT. Niemniej jest to standardowa opcja dla wielu producentów i nie ma w tym nic specjalnego.

Dostępność usług customizacji

Producent komputera zapewnia dostosowanie wytwarzanych płyt głównych do specyficznych potrzeb producentów OEM, w tym zapewnia adaptację BIOS/UEFI, tworzenie niestandardowych obrazów systemu operacyjnego i interfejsów API, a także dostarcza wymagane certyfikaty. Nie wszyscy potrzebują kompletu interfejsów i złączy, co pozwala dzięki takiemu dostosowaniu ograniczyć koszty zakupu. W przypadkach, w których nie jest wymagana korekta PCB, customizacja jest dostępna nawet dla zamówienia kilkuset sztuk. Ta możliwość przydaje się, gdy trzeba zamontować złącza w wersji medycznej lub port 10-gigabitowego Ethernetu. Wreszcie, standardowa obudowa komputera nierzadko musi zostać dostosowana do miejsca dostępnego w urządzeniu klienta.

Duża odporność środowiskowa

W systemach embedded ważna jest także duża odporność komputera na narażenia środowiskowe (temperatura, wilgotność) i mechaniczne (uderzenia, upadki, wibracje). Takie cechy zapewnia się na etapie projektu poprzez użycie wytrzymałych materiałów konstrukcyjnych i podzespołów. I tak wspomniane płyty główne Mini-ITX mają lutowane procesory, trwałe kondensatory i używają komponentów przeznaczonych do pracy 24/7. Przez to są one droższe od wersji komercyjnych, ponieważ wytrzymałe elementy kosztują więcej. Ale koszty te nie zwiększają TCO, bo w tym przypadku ogranicza się straty z powodu przestojów, nie płaci za akcje serwisowe itd. Co więcej, producenci urządzeń, aby móc wytwarzać produkt przez lata oraz zapewnić swoim klientom ich obsługę posprzedażną, potrzebują dostępności identycznych płyt głównych w tej samej konfiguracji przez wiele lat (tzw. longevity). Ma to również ogromne znaczenie z uwagi na kosztowną certyfikację urządzeń, np. w branży urządzeń medycznych, a także w nowych aplikacjach mobilnych. Certyfikowana i dopuszczona konstrukcja nie może być potem zmieniana, a tego z produktami komercyjnymi się nie uda dokonać, gdyż one szybko wypadają z ofert. Takie płyty główne o gwarantowanej długiej dostępności też są przez to droższe od wersji komercyjnych.

Zdalne zarządzanie i monitorowanie dla aplikacji IoT

Komputery przeznaczone dla systemów embedded zawierają także wbudowane oprogramowanie ułatwiające zdalne zarządzanie ich pracą. Na przykład Advantech AIMB-228 pozwala obsługiwać i zarządzać urządzeniami IoT WISE-PaaS/DeviceOn, w tym rejestruje tożsamości dołączonych urządzeń, certyfikaty bezpieczeństwa i poświadczenia witryn. Dane te są wykorzystywane do zapewnienia szybkiej i prostej konfiguracji oraz wizualizacji statusu dołączonych urządzeń. Włączanie i wyłączanie, rozwiązywanie problemów i akcje o znaczeniu krytycznym są dostępne po naciśnięciu jednego przycisku. Poza tym dzięki OTA można w nich łatwo aktualizować oprogramowanie i firmware bez konieczności inicjowania akcji serwisowych.

Bogactwo interfejsów i wygodne zasilanie

AIMB-228 pozwala na zasilanie napięciem stałym w szerokim zakresie (12–24 V) oraz ma wiele interfejsów pozwalających na jego prostą integrację w projektach, w tym: 2×USB 3.1 Gen 2, 4×USB 2.0, 2×SATAIII, 1×port klawiatury/myszy, 6×COM (RS422/485, CCtalk, TTL), PCIe x8, a także ma kombinację złącza M.2 z uchwytem do karty SIM i do modułów LTE i Wi-Fi. Ponadto komputer AIMB-228 zawiera 16-bitowy cyfrowy port I/O, a także ma podwójne porty Gigabit Ethernet (na chipie Realtek 8111E), zapewniające przepustowość do 1 Gb/s. Jest też jedno złącze krawędziowe PCIe x1 do zewnętrznych modułów FPGA.

Cztery niezależne wyświetlacze o rozdzielczości do 4K

AIMB-228 obsługuje kodowanie wideo o wysokiej wydajności (HEVC) z dekodowaniem 10-bitowym (4K H.265 i H.264), zapewniając doskonałą wydajność graficzną. Komputer pozwala na podłączenie czterech wyświetlaczy przez DisplayPort 1.2 i daje opcjonalną możliwość użycia interfejsu LVDS. Jest też szereg użytecznych dodatków jak TTL/CCtalk, wzmacniacz audio 10 W, dzięki czemu platforma ta idealnie nadaje się do gier, cyfrowych reklam lub zastosowań systemach obrazowania medycznego, które wymagają wysokiej wydajności graficznej. Na koniec warto dodać, że konstrukcja komputera jest też odporna na zakłócenia elektromagnetyczne i wyładowania ESD, co umożliwia bezawaryjną pracę w środowiskach, gdzie poziomy zaburzeń i stany nieustalone są problemem.

Antonios Tsetsos, Tomasz Matusiak
Advantech