A fejlesztők számára elérhető nagy teljesítményű és energiahatékony beágyazott számítástechnikai modulok választéka még soha nem volt ilyen széles. A lehetőségek széles skálája lehetővé teszi a méret, a teljesítmény és a költségek finomhangolását anélkül, hogy egyedi hardverre lenne szükség, és anélkül, hogy a kiterjedt alkatrészszintű tervezéssel járó magas egyszeri fejlesztési költségeket kellene viselni. A kínálat bővülésének további előnye, hogy a gyártók sok esetben a nyílt szabványok alkalmazása mellett döntenek, ahelyett, hogy korlátozott, saját fejlesztésű termékekkel próbálnának piaci részesedést szerezni.
Bár egyes zárt formátumok piaci sikert arattak és széles körben elterjedtek, a nyílt platformok jelentős előnyökkel járnak. Ezek az előnyök jó okot adnak a fejlesztőknek arra, hogy egy olyan formátumot válasszanak, mint a SMARC, a nagyjából hasonló funkciókkal rendelkező zárt formátumok helyett.
A nyílt kártyaszintű platformok sok közös vonást mutatnak a nyílt forráskódú szoftverekkel. Mindkettő profitál abból, hogy számos szervezet és iparág tapasztalt mérnökei alaposan megvizsgálják őket. A mérnökök a számítógéptervezés terén szerzett tudásukat felhasználva hozzájárulnak azokhoz a mechanikai, hőtechnikai és jelintegritási döntésekhez, amelyek egy nyílt platform specifikációjának alapját képezik. Egy zárt platform esetében viszont egyetlen beszállító csapatának döntéseire kell hagyatkozni, amely ugyan rendkívül tapasztalt lehet, de nem rendelkezik azzal a széles körű szakértelemmel, amellyel egy népszerű nyílt platform bír.
A nyílt platformok segítenek elkerülni az elektronikai mérnökök előtt álló egyéb gyakori problémákat, például a technológiai elavulást. Még ha egyes beszállítók megszüntetik a formátum támogatását, mások léphetnek a helyükbe, és biztosíthatnak új hardvert. A nyitottság emellett egyenlő versenyfeltételeket teremt a hardvergyártók számára, hogy teljesítmény és költséghatékonyság terén versenyezzenek egymással.
A kínálat ilyen széles skálája miatt a választás eleinte zavarosnak tűnhet. A különféle, készre szerelt hardverplatformok elérhetősége azonban lehetővé tette a mérnöki csapatok számára, hogy minden egyes projekt esetében könnyedén finomítsák a kialakítást és az I/O-konfigurációt. A legfontosabb az, hogy megértsük: melyik formátum felel meg leginkább a projekt konkrét igényeinek. A compute-on-module (COM) architektúra különösen népszerű, mert ötvözi a készre szerelt számítási modul kényelmét azzal a rugalmassággal, hogy bármilyen alkalmazás követelményeinek megfelelő egyedi hordozókártyát lehet létrehozni.
A PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) által bevezetett COM Express szabvány mintaként szolgált a későbbi, a COM koncepciót alkalmazó szabványok számára, amelyek lehetőséget nyújtanak a számítástechnikai mag körüli I/O-bővítésre. A COM Express bevezetésekor az egylapos számítógépek (SBC-k) voltak a legnépszerűbb formátumok. Ezek az SBC-k egy processzort és néhány szabványos I/O-t tartalmazó NYÁK-ok voltak. Az SBC-be egy vagy több kiegészítő modul volt csatlakoztatható, hogy egyedi I/O-képességeket biztosítson.
A COM Express rendszerben a modul tartalmazza a gazdagép-processzort, amelyet egy hordozókártyába csatlakoztatnak. Ez lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy kiválasszon egy megfelelő hordozókártyát, vagy sajátot fejlesszen ki az alkalmazásához szükséges I/O-kapcsolatok biztosítására, majd a COM Express modul szabványnak megfelelően csatlakoztassa az optimális számítási modult. Ez a kialakítás lehetővé teszi az idővel erősebb vagy költséghatékonyabb COM Express processzormodulokra való áttérést anélkül, hogy a házat újra kellene tervezni vagy az I/O elrendezés változásait figyelembe kellene venni. Mivel a COM Express által támogatott alapvető I/O buszok között szerepel a PCI Express, a formátum olyan alkalmazásokhoz alkalmas, amelyek nagy tárolókapacitást, Ethernet-hálózatokat és grafikus kijelzőket igényelnek, bár egyes tervezők a formátumot „headless konfigurációkban” is alkalmazzák.
Feldolgozási teljesítmény
Tekintettel a formátum ipari PC-tervezésből származó hagyományaira, a COM Express modulok közül sok x86-os processzorokon alapul, bár nem kizárólag. A más architektúrák felé történő terjeszkedés a COM Express és a COM HPC formátumokkal folytatódott, amelyek mindkettő nagy teljesítményű alkalmazásokra, például peremszerverekre és mesterséges intelligencia csomópontokra irányulnak, és további nagy sebességű PCIe sávokat biztosítanak.
A COM Express és más COM-szabványok az utóbbi időben átvették az ARM architektúrát, így a fejlesztőknek további lehetőségeket kínálnak a számítógépes architektúra terén. A választék további bővülését a kis méretre optimalizált hardverformátumok hozták magukkal.
A méret és az alak optimalizálása
A méret számos tervezési feladat alapvető szempontja. Előfordulhat, hogy egy projektnek alig vannak helybeli korlátai, vagy éppen csak tenyérnél kisebb hely áll rendelkezésre a COM számára. Ha bőséges hely áll rendelkezésre, könnyebb kiválasztani a megfelelő kártyát. Ha azonban a hely korlátozott, kisebb hordozókártyára van szükség, és a kompaktabb kialakítás korlátozhatja a beépíthető funkciók számát.
A fizikai kialakítás hatással van a használhatósági tényezőkre. A fejlesztőnek figyelembe kell vennie, hogy a méret és az alak hogyan akadályozhatja bizonyos típusú I/O-csatlakozók használatát. Például az USB-A csatlakozók lényegesen több helyet foglalnak el, mint az USB-C-k. A tájolást is figyelembe kell venni: a kis méretű készülékeknél gyakran szükséges, hogy a csatlakozók a teljes kerület mentén legyenek elhelyezve. Ez kihívást jelenthet olyan helyzetekben, amikor a karbantartás megkönnyítése érdekében egyes csatlakozókat egy adott él mentén kell elrendezni. Például egy olyan hordozókártyán, amelyen egy rack-szekrényben szerelendő számítási modul található, előnyös, ha a legfontosabb csatlakozók a modul elülső vagy hátsó részével egy vonalban vannak.
Kompakt szabványok
Az egyik első, a méretre összpontosító szabvány a QSeven volt, amelynek négyzet alakú, 70 x 70 mm-es méretei mellett a bővítőcsatlakozón keresztül korlátozott I/O-támogatást nyújtott. A 2016-ban bevezetett, a QSeven helyébe lépő újabb SMARC 2.0 szabvány ugyanazon alapszabvány alapján szélesebb méretválasztékot kínál. A SMARC formátum kompakt IoT-eszközök és egyéb speciális beágyazott rendszerek megvalósítását teszi lehetővé. A 82 x 50 mm-es Short SMARC formátum kissé kisebb, mint a Mini COM Express, amelynek mérete 84 x 55 mm, és amely az eredeti Basic COM Express modul területének körülbelül 40%-át teszi ki. A SMARC modulok gyártói gyakran az Arm és x86 processzorokra koncentrálnak, amelyeknél a mobilitás és az energiahatékonyság áll a középpontban. A SMARC csatlakozó magja számos I/O-csatornát biztosít, köztük Ethernetet, USB-t és tipikus eszközszintű I/O-csatornákat, mint például az I2C-t, valamint négy sávos PCIe-t.
Míg a Short SMARC modulok közötti különbség a nyomtatott áramköri lap felületét tekintve viszonylag csekély, az Open Standard Module (OSM) egy kompaktabb megoldást kínál, amely kiválóan alkalmas az edge IoT-eszközökhöz és más olyan készülékekhez, amelyek alacsony energiafogyasztás mellett nagy teljesítményt igényelnek. A méretcsökkentés egyik kulcsa a modulcsatlakozók elhagyása és helyettük LGA tokozás használata. Ez megköveteli, hogy a COM-ot a hordozójához forrasszák, ami korlátozza a helyszíni frissítések lehetőségét, de jobb ütés- és rezgésállóságot biztosít. Az eredmény egy kisebb és sokkal rugalmasabb formátum, mivel a modulok mérete 30 x 15 mm és 45 x 45 mm között mozog. Még a legnagyobb méret is jelentős előnyt jelent a SMARC-hoz képest, ahol kompakt hardverre van szükség. Az eredmény egy sokoldalú, jövőbiztos szabvány a kicsi, alacsony költségű beágyazott számítógépes modulok számára, amelyek könnyen adaptálhatók sokféle alakú és méretű termékekbe.
A választás összefoglalása
Bár manapság számos szabvány alkalmazza a COM-architektúrát, a feldolgozási teljesítmény, az I/O-kapacitás, a sávszélesség és a méret tekintetében fennálló különbségek miatt előfordulhat, hogy egy adott alkalmazás esetében az egyik szabvány jelentős előnyökkel jár a többihez képest. Az olyan gyártók, mint például a Tria, szakértői tanácsadással tudnak segíteni abban, hogy melyik szabvány felel meg leginkább az adott alkalmazás igényeinek.
Martin Unverdorben – a Tria Technologies műszaki információs vezetője
