Con l'accelerazione dell'implementazione dell'Internet delle cose industriale (IIoT) e dell'Industria 4.0, le schede e i moduli processore devono essere in grado di gestire ed elaborare quantità di dati in crescita esponenziale. La necessità di potenza di calcolo, nonché di larghezza di banda per la trasmissione e l'archiviazione, è in rapida espansione. Ciò è dovuto anche alla crescente complessità delle attività di elaborazione delle immagini e delle applicazioni di intelligenza artificiale (IA).
Kontron, azienda leader nella produzione di prodotti innovativi e scalabili per sistemi embedded/IIoT, sviluppa costantemente i propri prodotti basandosi sulle più recenti tecnologie a semiconduttore. La stretta collaborazione con produttori di processori come Intel® consente al prestigioso produttore tedesco di integrare queste tecnologie in computer a scheda singola (SBC), moduli COM e PC industriali fin dalle prime fasi di sviluppo. Ciò permette di avere prodotti pronti all'uso poco dopo la disponibilità del silicio, anche in versioni di livello industriale.
Immagine 1: Grazie al processore Intel® Core™-i di undicesima generazione con fino a 8 core di elaborazione, il modulo COM Express® COMe-bTL6 è particolarmente adatto per applicazioni di fascia alta e ad alta larghezza di banda. Offre supporto per la grafica Intel® Iris® Xe e Intel® Deep Learning Boost per prestazioni AI migliorate e funzionalità TSN integrate.
Salto evolutivo nell'architettura dei processori
I prodotti basati sul processore Intel® Core™-i di undicesima generazione sono ora pienamente disponibili. Per classificazione: la serie Intel® Xeon™, insieme ai processori entry-level come la serie Intel® Atom® e ai processori per server, rappresenta un punto focale significativo del portfolio del fornitore statunitense. Offre un'ampia scalabilità ed è soggetta a ulteriori sviluppi, che in alcuni casi comportano anche veri e propri salti tecnologici.
Uno di questi passi avanti è il passaggio alla cosiddetta microarchitettura "Tiger Lake", annunciata alla fine del 2020. Questa prevede un nuovo processo produttivo, che si traduce in una larghezza del substrato di 10 nm anziché i precedenti 14 nm. Di conseguenza, questi processori sono nettamente superiori ai loro predecessori sia in termini di frequenze raggiungibili (fino a 4,8 GHz) che di efficienza energetica.
Due livelli di prestazione
I processori Intel® sono disponibili in un'ampia gamma di varianti. Come per alcuni dei loro predecessori, le lettere U e H indicano i tipi principali. Tiger Lake U è una soluzione a chip singolo, mentre Tiger Lake H è composto da due chip separati in un unico package. Il chip PCH separato fornisce 30 canali I/O programmabili ad alta velocità, oltre alle 20 linee PCIe 4.0. Tiger Lake H offre quindi diverse interfacce SSD e USB veloci, nonché connettività Wi-Fi 2.5 GbE (invece della precedente 1 GbE) e Wi-Fi 6E Gigabit WLAN.
A differenza delle architetture precedenti, il TDP (Thermal Design Power), che determina il raffreddamento e la potenza erogata, è regolabile entro certi limiti. Varia da 15 a 25 W per i processori Tiger Lake U e da 25 a 45 W per i più potenti processori Tiger Lake H. Nella loro presentazione, Intel® li ha definiti i processori per laptop più veloci al mondo.
Immagine 2: Il modello 3.5"-SBC-TGL si basa sui processori Intel® Core™-i serie U di undicesima generazione e Celeron® serie 6000 ed è inoltre dotato di un'unità grafica Intel® Iris® Xe di nuova generazione. Come i moduli COM Express®, è disponibile anche in un intervallo di temperatura di livello industriale da -40 °C a +85 °C.
Capacità in tempo reale della serie
"La pura potenza di elaborazione dati e la larghezza di banda di trasmissione sulle linee di rete non sono gli unici criteri per valutare l'idoneità dell'hardware informatico nelle applicazioni industriali", afferma Peter Müller, vicepresidente del Centro prodotti Schede e moduli di Kontron.
L'ingegneria meccanica, in particolare, spesso implica la sincronizzazione di processi rapidi, interconnessi e interdipendenti. La trasmissione dei dati deve avvenire con una latenza minima, ovvero in tempo reale. Altrettanto importante è che l'arrivo dei dati trasmessi sia sempre prevedibile, ovvero deterministico. L'undicesima generazione offre Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC) e Time Sensitive Networking (TSN) di serie. Aggiungendo funzionalità in tempo reale a Ethernet, questi miglioramenti consentono l'integrazione di reti IT e OT precedentemente separate, senza costi aggiuntivi.
Immagine 3: Grazie alle funzionalità TSN e Intel® TCC integrate, i PC industriali KBox C-104-TGL di fascia alta, dotati di processori Intel® Core™-i di undicesima generazione, migliorano il determinismo nelle applicazioni in tempo reale per l'Industria 4.0.
Adatto per un utilizzo industriale sicuro
La sicurezza funzionale o industriale è fondamentale nelle applicazioni industriali, in particolare nell'ingegneria meccanica e impiantistica. I circuiti o i sistemi di controllo relativi alla sicurezza servono a proteggere le persone da infortuni e le macchine da danni. In caso di violazione della sicurezza, questi sistemi reagiscono, ad esempio, aprendo un coperchio o attivando una modalità operativa sicura, come l'arresto di emergenza. Macchine sempre più complesse richiedono precauzioni di sicurezza sempre più sofisticate e risposte di sicurezza differenziate.
I processori Intel® di ultima generazione sono particolarmente adatti alla realizzazione di controller programmabili orientati alla sicurezza, consentendo di riservare un core dedicato del processore ad applicazioni incentrate sulla sicurezza. L'Intel® Functional Safety Essential Design Package (Intel® FSEDP) fornisce ai clienti la documentazione tecnica necessaria per lo sviluppo e la certificazione di piattaforme critiche per la sicurezza, in conformità con gli standard di sicurezza funzionale.
Ampia scalabilità con COM Express
Grazie ai processori Intel® di undicesima generazione, al PCIe 3.0 e a un controller Ethernet con supporto TSN, il modulo COM Express® di Kontron in formato Compact entra in una nuova classe di prestazioni senza aumentare significativamente il consumo energetico. Ciò è reso possibile dall'utilizzo di un processore single-chip Tiger Lake U con due o quattro core di calcolo. Queste CPU dispongono già di un set di istruzioni per le reti neurali vettoriali AI.
Nel formato Basic dei moduli COM Express® di Kontron, questi processori con un massimo di 8 core di calcolo garantiscono l'idoneità per applicazioni di fascia alta e ad alta larghezza di banda. Si tratta di soluzioni dual-chip Tiger Lake H, supportate dalla grafica Intel® Iris® Xe e da Intel® Deep Learning Boost per migliorare le prestazioni dell'IA, insieme alle funzionalità TSN e TCC integrate.
Immagine 4: Il PC industriale KBox A-151-TGL con processori Intel® Core™-i di undicesima generazione offre una potenza di calcolo più che sufficiente anche per applicazioni IoT edge o di intelligenza artificiale impegnative e può essere potenziato con connettività 4G/5G o persino Wi-Fi 6.
Prestazioni della tigre in 3,5
Il 3.5"-SBC-TGL è un computer a scheda singola da 3,5" basato su processori Intel® Core™-i U-Series di undicesima generazione e Celeron® 6000 Series. Kontron lo identifica come Tiger Lake UP3. Come caratteristica aggiuntiva, è dotato di una scheda grafica Intel® Iris® Xe di nuova generazione. Le prestazioni risultanti da processore, grafica e intelligenza artificiale lo rendono ideale per applicazioni ad alta intensità di elaborazione come l'IA o il Deep Learning.
Grazie alla sua eccellente idoneità per applicazioni di visione artificiale e calcoli deterministici a bassa latenza, è particolarmente adatta per applicazioni industriali. Inoltre, la scheda supporta lo streaming video 8K a 60 fotogrammi al secondo (fps). Tramite l'interfaccia B2B, è possibile controllare simultaneamente quattro display indipendenti tramite DisplayPort a una risoluzione di 4K a 60 fps. Il TDP è configurabile nel BIOS, consentendo la creazione di sistemi adattabili alle specifiche esigenze di raffreddamento dei singoli clienti.
Sia i moduli COM Express® che il 3.5"-SBC-TGL sono disponibili in varianti con un intervallo di temperatura esteso da -40 °C a +85 °C, adatti all'uso industriale.
Tiger Lake su Box PC
Kontron integra questi processori esclusivamente nella versione dual-chip Tiger Lake H, più potente, della sua nuova generazione di Box PC industriali di fascia alta. Dotati di CPU Intel® Core™ i3, i5 e i7 con un massimo di otto core di elaborazione, i modelli della famiglia KBox C-104-TGL con funzionalità TSN e Intel® TCC integrate sono particolarmente adatti a carichi di lavoro edge impegnativi e ad applicazioni di fascia alta che richiedono un'elevata larghezza di banda.
Kontron ha sviluppato il PC industriale KBox A-151-TGL, basato sugli stessi processori, per applicazioni IoT edge e di intelligenza artificiale particolarmente intensive in termini di dati. È dotato di uno slot di espansione sul pannello frontale (sportello I/O) che consente di aggiungere funzionalità aggiuntive come bus di campo, interfacce grafiche, I/O seriali o digitali e interfacce Ethernet. Opzionalmente, il sistema può essere espanso con connettività 4G/5G o Wi-Fi 6.
Per tutti gli scenari applicativi
La famiglia KBox C-104-TGL è progettata per l'utilizzo in quadri elettrici in ambienti di automazione. Il sistema esente da manutenzione consente il funzionamento senza ventilazione forzata fino a +65 °C. Oltre alla versione standard, è disponibile la KBox A-151-TGL a raffreddamento passivo con un intervallo di temperatura esteso da -40 °C a +65 °C per l'utilizzo in ambienti difficili. Può essere facilmente integrata in ambienti industriali tramite montaggio su guida DIN o a parete.
Le unità sono inoltre disponibili, in opzione, con un chip acceleratore AI Hailo-8™ integrato per attività di intelligenza artificiale impegnative. Il chip è altamente efficiente dal punto di vista energetico, con un consumo di 3 TOPS/watt, ed estremamente veloce grazie alla memoria integrata, raggiungendo una prestazione di inferenza di 26 TOPS (Tera Operations per Second).
Garantire una maggiore disponibilità in futuro
Per gli utenti industriali, la disponibilità a lungo termine dell'hardware è importante quanto la sua idoneità tecnica. Questo è garantito sia da Intel®, in qualità di produttore di processori, sia da Kontron. "Possiamo garantire la disponibilità di prodotti funzionalmente equivalenti con prestazioni in costante aumento per periodi molto lunghi", spiega Peter Müller. "In questo modo, i nostri clienti possono contare su di noi a lungo termine.".
Peter Müller, vicepresidente del Centro prodotti per schede e moduli di Kontron, afferma: "Quando si tratta di valutare l'idoneità dell'hardware informatico nelle applicazioni industriali, le pure prestazioni di elaborazione dati e la larghezza di banda di trasmissione sulle linee di rete non sono gli unici criteri da considerare."
