Com a crescente implementação da Internet Industrial das Coisas (IIoT) e da Indústria 4.0, as placas e módulos de processadores precisam de ser capazes de lidar com volumes de dados que crescem exponencialmente. A necessidade de poder computacional, bem como de largura de banda para transmissão e armazenamento, está a aumentar rapidamente. Isto deve-se também às tarefas cada vez mais exigentes de processamento de imagem e às aplicações de Inteligência Artificial (IA).
A Kontron, fabricante líder de produtos inovadores e escaláveis para Sistemas Embarcados/IIoT, desenvolve continuamente os seus produtos com base na mais recente tecnologia de semicondutores. A estreita colaboração com fabricantes de processadores como a Intel® permite ao conceituado fabricante alemão integrar estas tecnologias em computadores de placa única (SBCs), módulos COM e PCs industriais numa fase muito precoce. Isto possibilita a disponibilização de produtos prontos a usar logo após o lançamento do silício, incluindo em versões de nível industrial.
Imagem 1: Graças ao processador Intel® Core™-i de 11ª geração com até 8 núcleos de processamento, o módulo COM Express® COMe-bTL6 é especialmente adequado para aplicações de alto desempenho e alta largura de banda. Suporta gráficos Intel® Iris® Xe e Intel® Deep Learning Boost para um desempenho melhorado em IA e funcionalidade TSN integrada.
Salto evolutivo na arquitetura dos processadores
Os produtos baseados no processador Intel® Core™-i de 11ª geração já estão totalmente disponíveis. Por classificação: Como processador de gama média, a série Intel® Xeon™, juntamente com processadores de entrada como a série Intel® Atom® e processadores para servidores, constituem um foco significativo do portefólio do fabricante americano. Oferecem uma ampla escalabilidade e estão sujeitos a um desenvolvimento contínuo, que em alguns casos também envolve avanços tecnológicos.
Um desses avanços é a transição para a chamada microarquitetura "Tiger Lake", anunciada no final de 2020. Esta envolve um novo processo de fabrico, resultando numa largura de 10 nm em vez dos anteriores 14 nm. Como resultado, estes processadores são claramente superiores aos seus antecessores em termos de frequências possíveis (até 4,8 GHz) e eficiência energética.
Dois níveis de desempenho
Os processadores Intel® estão disponíveis numa vasta gama de variantes. Tal como alguns dos seus antecessores, as letras U e H denotam os principais tipos. O Tiger Lake U é uma solução de chip único, enquanto o Tiger Lake H possui dois chips separados num único encapsulamento. O chip PCH separado oferece 30 canais de E/S de alta velocidade e programáveis por hub, além das 20 linhas PCIe 4.0. O Tiger Lake H oferece, por isso, diversas interfaces SSD e USB de alta velocidade, bem como 2,5 GbE (em vez do anterior 1 GbE) e Wi-Fi 6E Gigabit WLAN.
Ao contrário das arquiteturas anteriores, o TDP (Thermal Design Power), que determina o arrefecimento e a potência de saída, é ajustável dentro de certos limites. Varia de 15 a 25 W para os processadores Tiger Lake U e de 25 a 45 W para os processadores Tiger Lake H, mais potentes. Na sua apresentação, a Intel® descreveu-os como os processadores para portáteis mais rápidos do mundo.
Imagem 2: O 3,5"-SBC-TGL baseia-se nos processadores Intel® Core™-i série U e Celeron® série 6000 de 11ª geração e está também equipado com uma unidade gráfica Intel® Iris® Xe de última geração. Tal como os módulos COM Express®, também está disponível numa gama de temperaturas industriais de -40°C a +85°C.
Capacidade em tempo real da série
"A capacidade de processamento de dados e a largura de banda de transmissão nas linhas de rede não são os únicos critérios para a adequação do hardware dos computadores em aplicações industriais", afirma Peter Müller, vice-presidente do Centro de Produtos de Placas e Módulos da Kontron.
A engenharia mecânica, em particular, envolve frequentemente a sincronização de processos rápidos, interligados e interdependentes. A transmissão de dados deve ocorrer com uma latência mínima — ou seja, em tempo real. Igualmente importante é que a chegada dos dados transmitidos seja sempre previsível — ou seja, determinística. A 11ª geração oferece Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC) e Time Sensitive Networking (TSN) de série. Ao adicionar capacidades de tempo real ao Ethernet, estes melhoramentos permitem a fusão de redes de TI e TO anteriormente separadas, sem custos adicionais.
Imagem 3: Com funcionalidades integradas de TSN e Intel® TCC, os PCs industriais de gama alta KBox C-104-TGL com processadores Intel® Core™-i de 11ª geração melhoram o determinismo em aplicações em tempo real para a Indústria 4.0.
Adequado para uso industrial seguro
A segurança funcional ou industrial é crucial em aplicações industriais, particularmente em engenharia mecânica e de instalações. Os circuitos ou sistemas de controlo relacionados com a segurança servem para proteger as pessoas contra lesões e as máquinas contra danos. Em caso de violação de segurança, estes sistemas reagem, por exemplo, abrindo uma tampa ou colocando a máquina num modo de funcionamento seguro, como uma paragem de emergência. Máquinas cada vez mais complexas exigem precauções de segurança cada vez mais sofisticadas e respostas de segurança diferenciadas.
Os processadores Intel® atuais são particularmente adequados para a criação de controladores programáveis orientados para a segurança, o que significa que um núcleo de processador dedicado pode ser reservado para aplicações focadas na segurança. O Pacote de Design Essencial de Segurança Funcional Intel® (Intel® FSEDP) fornece aos clientes a documentação técnica para o desenvolvimento e certificação de plataformas críticas para a segurança, em conformidade com as normas de segurança funcional.
Ampla escalabilidade com COM Express
Com processadores Intel® de 11ª geração, PCIe 3.0 e um controlador Ethernet com tecnologia TSN, o módulo COM Express® da Kontron no formato Compact atinge um novo patamar de desempenho sem aumentar significativamente o consumo de energia. Isto é possível graças à utilização de um processador Tiger Lake U de chip único com dois ou quatro núcleos de computação. Estes CPUs já possuem um conjunto de instruções para redes neuronais de IA vectorial.
No formato básico dos módulos COM Express® da Kontron, estes processadores com até 8 núcleos de computação garantem a adequação para aplicações de alto desempenho e elevada largura de banda. São soluções de chip duplo Tiger Lake H, com suporte para gráficos Intel® Iris® Xe e Intel® Deep Learning Boost para melhorar o desempenho da IA, bem como capacidades integradas de TSN e TCC.
Imagem 4: O PC industrial KBox A-151-TGL com processadores Intel® Core™-i de 11ª geração oferece uma ampla capacidade de computação mesmo para aplicações exigentes de IoT edge ou IA e pode ser melhorado com conectividade 4G/5G ou mesmo WiFi 6.
Desempenho do Tiger em 3,5
O 3,5"-SBC-TGL é um computador de placa única de 3,5" baseado nos processadores Intel® Core™-i Série U e Celeron® Série 6000 de 11ª geração. A Kontron designa-o como Tiger Lake UP3. Como característica adicional, está equipado com uma unidade gráfica Intel® Iris® Xe de última geração. O desempenho resultante do processador, da placa gráfica e da IA torna-o ideal para aplicações que exigem um elevado poder de processamento, como a IA ou a Deep Learning.
Devido à sua excelente adequação para aplicações de visão por computador e cálculos determinísticos de baixa latência, é ideal para aplicações industriais. Além disso, a placa suporta streaming de vídeo 8K a 60 frames por segundo (fps). Através da interface B2B, quatro monitores independentes podem ser controlados simultaneamente através de DisplayPort com resolução 4K a 60 fps. O TDP pode ser configurado na BIOS. Isto permite a criação de sistemas que podem ser adaptados aos perfis de utilização individuais do cliente em termos de requisitos de refrigeração.
Tanto os módulos COM Express® como o 3.5"-SBC-TGL estão disponíveis em variantes com uma gama de temperaturas alargada de -40 °C a +85 °C, adequadas para uso industrial.
Tiger Lake na Box PC
A Kontron também integra estes processadores exclusivamente na versão Tiger Lake H de chip duplo, mais potente, da sua nova geração de PCs industriais de alto desempenho. Equipados com CPUs Intel® Core™ i3, i5 e i7 com até oito núcleos de processamento, os membros da família KBox C-104-TGL com funcionalidades integradas TSN e Intel® TCC são particularmente adequados para cargas de trabalho exigentes na borda da rede e aplicações de alta largura de banda e alto desempenho.
A Kontron desenvolveu o PC industrial KBox A-151-TGL, baseado nos mesmos processadores, para aplicações de IoT edge e IA com utilização intensiva de dados. Possui um slot de expansão no painel frontal (porta de E/S) que permite adicionar funcionalidades como fieldbuses, interfaces gráficas, de E/S série ou digital e interfaces Ethernet. Opcionalmente, o sistema também pode ser expandido com conectividade 4G/5G ou Wi-Fi 6.
Para todos os cenários de aplicação
A família KBox C-104-TGL foi concebida para utilização em painéis de controlo em ambientes de automação. O sistema, que não necessita de manutenção, permite um funcionamento sem ventilação forçada até +65 °C. Além da versão standard, a KBox A-151-TGL, com arrefecimento passivo, está disponível numa gama de temperaturas alargada de -40 °C a +65 °C para utilização em ambientes agressivos. Pode ser facilmente integrada em instalações industriais através de montagem em calha DIN ou parede.
As unidades também estão disponíveis opcionalmente com um chip acelerador de IA Hailo-8™ integrado para tarefas de IA exigentes. O chip é altamente eficiente em termos energéticos, com 3 TOPS/watt, e extremamente rápido graças à sua memória integrada, atingindo um desempenho de inferência de 26 TOPS (Tera Operações por Segundo).
Garantir maior disponibilidade no futuro
Para os utilizadores industriais, a disponibilidade de hardware a longo prazo é tão importante como a sua adequação técnica. Isto é garantido tanto pela Intel®, enquanto fabricante de processadores, como pela Kontron. "Podemos garantir a disponibilidade de produtos funcionalmente equivalentes com dados de desempenho progressivamente crescentes durante longos períodos", explica Peter Müller. "Desta forma, os nossos clientes podem contar connosco a longo prazo.".
Peter Müller, vice-presidente do Centro de Produtos de Placas e Módulos da Kontron, afirma: "Quando se trata da adequação do hardware de computador para aplicações industriais, o desempenho puro de processamento de dados e a largura de banda de transmissão em linhas de rede não são os únicos critérios."
