Le schede carrier di ampiezza pari a 4 HP di nVent equipaggiate con i moduli COM di congatec sono molto più sottili rispetto ai classici moduli nei formati 8 HP o 12 HP.
nVent SCHROFF ha ampliato il proprio raggio d’azione nel campo degli chassis PXI Express. Oggi sono disponibili schede CPU ultrasottili grazie alla collaborazione tra nVent e congatec.
di Zeljko Loncaric (*)
Produttori di chassis e backplane come nVent SCHROFF raramente focalizzano la loro attenzione sulle schede CPU. La loro specializzazione è il routing di interfacce ad alta velocità come PCI Express Gen 3 e Gen 4 o 25 GbE su distanze molto lunghe. Sfruttando un know-how di questo tipo, nVent è anche in grado di sviluppare schede carrier su specifica del cliente che integrano la CPU attraverso moduli COM (Computer on Module). Nei progetti di queste schede carrier l’attenzione non è focalizzata sul routing di complessi bus di comunicazione, memoria e CPU e neppure sulla realizzazione e mantenimento dei package BSP (Board Support Package) con i relativi BIOS/UEFI e driver. L’obiettivo è invece connettere le interfacce ai moduli COM attraverso collegamenti ad alta velocità.
Grazie al ricorso ai moduli COM, nVent SCHROFF è stata in grado di soddisfare facilmente le esigenze dei clienti che utilizzano PXI Express e può fornire schede molto più sottili per il controllore del sistema rispetto a quelle in precedenza disponibili sul mercato.
MERCATI DIFFERENTI, ESIGENZE DIVERSE
Per sistemi backplane caratterizzati da una struttura confrontabile con quella di PXI, ovvero VPX, VME o CompactPCI, in realtà sono disponibili controllori sottili. Ciò è dovuto al fatto che i produttori di schede CPU destinati a questo tipo di applicazioni hanno provveduto a soddisfare una tale esigenza. Nel caso di PXI Expess lo scenario è completamente diverso. Coloro che adottano sistemi PXI sono esperti nel campo dei sistemi di misura e collaudo. La loro attenzione è rivolta principalmente al software di collaudo e all’ampia gamma di I/O. I moduli del controllore principale rappresentano solo un mezzo per raggiungere l’obiettivo prefissato. Di conseguenza, spesso collegano semplicemente un notebook o un PC a un sistema di misura PXI Express, che ospita solamente schede di espansione. In alternativa optano per un controllore in grado di soddisfare (se non addirittura superare) tutti i possibili requisiti. Le schede PXI di altezza pari a 3U sono quindi spesso caratterizzate da larghezze uguali a 8 o 12 HP, mentre versioni più sottili (di larghezza pari a 4 HP) sono disponibili per VPX, VME o CompactPCI Serial.
L’IMPORTANZA DI UN DESIGN “SOTTILE”
Numerose aziende utilizzano intenzionalmente controllori di ampiezza maggiore (8 o 12 HP) in modo da soddisfare le esigenze del maggior numero di applicazioni possibili. Ciò, tuttavia, è possibile nei casi in cui lo spazio non rappresenta un elemento critico, oppure quando il numero dei sistemi di misura dedicati non è così grande da richiedere una valutazione attenta del costo di ciascun componente al fine contenere i costi. In parecchie applicazioni, comunque, lo spazio disponibile è limitato, come accade a esempio nel caso in cui gli assemblaggi devono essere particolarmente sottili, perché l’altezza del sistema è pari a 1 o 2 U. Tipiche applicazioni di sistemi con severi vincoli di spazio sono quelle del settore automobilistico, dove tali sistemi vengono installati in prototipi in modo da consentire agli sviluppatori di effettuare il collaudo di radar, lidar e altri sensori ottici necessari per la guida autonoma. In sistemi di questo tipo l’ampiezza ridotta è di fondamentale importanza, in quanto la larghezza dell’assemblaggio determina l’altezza del sistema. Ciò molto semplicemente è dovuto al fatto che l’assemblaggio non è installato in verticale, bensì in orizzontale.
Le due schede carrier per i moduli nei formati COM Express Compact e Basic di congatec sono già disponibili in oltre 40 versioni solo per gli attuali processori. Tenendo in considerazione anche i moduli precedenti per i quali viene garantita la disponibilità sul lungo termine, le versioni disponibili sono almeno un centinaio.
LO SPAZIO, UN ASPETTO CRITICO
Anche in un sistema 3 U a 8 slot lo spazio è scarso. Le schede CPU di ampiezza pari a 8 o 12 HP spesso occupano da due a tre slot, il che significa dover ricorrere a un sistema più largo oppure disporre di un numero di slot di espansione inferiore e spesso non sufficiente per l’espletamento di molte attività di misura e collaudo. La possibilità di ospitare un maggior numero di I/O in uno spazio più ridotto è quindi molto apprezzata in quanto evita la necessità di impilare due sistemi uno sopra l’altro, con il conseguente aumento di occupazione di spazio nel rack.
Un produttore di aerei che utilizzava un sistema di test, per esempio, è stato costretto ad acquistare un ulteriore sistema 3 U per installare un IPC. Con una scheda CPU di ampiezza pari a 4 HP avrebbe potute evitare questa spesa aggiuntiva in quanto ci sarebbe stato spazio sufficiente nel rack di I/O. Un utilizzatore che fornisce servizi di test di isolamento e ad alta tensione per la produzione in serie industriale si è trovato in una situazione analoga.
Il ricorso a questi espedienti è oggi una prassi abbastanza comune, e spesso si utilizzano schede adattatrici per lo slot del sistema. Queste instradano i canali (lane) PCI Express verso uno slot esterno, consentendo la connessione con un notebook o un PC desktop con cavi standard. Si tratta in ogni caso di accorgimenti provvisori e ingombranti, che alla fine forniscono solamente una soluzione di ripiego.
MODULI COM/SCHEDA CARRIER, COMBINAZIONE VINCENTE
Per risolvere il problema degli ingombri, nVent ha avviato una collaborazione con congatec per lo sviluppo di una scheda carrier di altezza pari a 3 U/160 mm per moduli in formato COM Express Compact. In primo luogo, è stata ottimizzata per il modulo conga-TC175, in modo da dar vita a un controller compatto e ad alte prestazioni basato sui processori Intel® Core™ di settima generazione; instrada solamente i canali PCIe richiesti per l’architettura PXI Express verso il backplane. Il pannello frontale di questa sottile piattaforma fornisce solamente un’interfaccia DisplayPort per il collegamento con il monitor, tre interfacce USB e due interfacce Ethernet: il set di caratteristiche è completato da uno slot M.2 per SSD operanti ad alta velocità. In questo modo, nVent ha sviluppato un SBC PXI estremamente sottile ma con prestazioni decisamente elevate, destinato a gestire esclusivamente le principali funzionalità richieste per una CPU centrale di un sistema PXI.
Grazie al progetto di tipo modulare, i clienti possono ora scegliere qualsiasi configurazione di processore Intel Core con un TDP massimo di 15 W. Il tutto è ospitato in una scheda piatta, di ampiezza pari a 4 HP, compreso il sistema di raffreddamento.
Zeljko Loncaric, Marketing Engineer di congatec.
IL PASSO SUCCESSIVO, SVILUPPARE NUOVE VERSIONI
L’offerta è stata ulteriormente ampliata e ora include anche versioni in formato COM Express Basic basate sul modulo conga-TS370 che può essere equipaggiato con processori Intel Core di ottava generazione (fino a un massimo di 6 core), consentendo anche il supporto di configurazioni di sistema con macchine virtuali. Una scalabilità così estesa, che non richiede lo sviluppo di un nuovo progetto anche nel caso di utilizzo di processori di differenti generazioni, rappresenta un enorme vantaggio per nVent, grazie alla sensibile riduzione degli oneri di sviluppo.
In pratica significa che la società sarà in grado di offrire moduli standard per le future soluzioni basate sui moduli nei formati COM Express Basic e Compact di congatec con un costo di sviluppo estremamente contenuto. Lo stesso vale per le singole varianti, che possono essere realizzate in tempi ridotti e a costi ragionevoli adottando un approccio basato sull’uso di moduli COM e schede carrier.
In definitiva, le schede controller basate su COM Express per sistemi PXI di nVent si propongono come una soluzione particolarmente interessante con le quali i produttori di controllori PXI full custom potrebbero probabilmente competere a livello di prezzo solo nel caso di produzioni in grandi volumi.
Un ulteriore vantaggio particolarmente apprezzato da nVent è la possibilità di utilizzare i più recenti processori in tempi rapidi, poiché molto spesso i moduli sono i primi prodotti disponibili con i processori embedded delle generazioni più recenti.
In definitiva, un design sottile risulta anche più economico rispetto a un SBC completo di ampiezza pari a 8 o 12 HP.
Anche i clienti di nVent possono trarre vantaggio da un approccio di natura modulare, in quando possono adattare la scheda carrier utilizzando moduli differenti, in modo da ottenere, laddove necessario, un miglior bilanciamento tra prestazioni e prezzo. Ciò è dovuto al fatto che una serie di moduli viene proposta in un numero di versioni equipaggiate con processori di una generazione superiore rispetto a quello che un produttore di schede CPU per applicazioni PXI potrebbe offrire nel caso di un progetto full custom.
In ultima analisi, si tratta di approccio interessante per i fornitori del settore misura e collaudo. Senza dimenticare le potenzialità di crescita del comparto. Per esempio, il mercato globale delle SMU (Source Measure Unit) dovrebbe passare dai 142 milioni di dollari del 2018 ai 331 milioni di dollari previsti per il 2025, che corrisponde a un tasso di aumento su base annua del 12,84% (fonte: ReportLinker, Aprile 2020). Ancora più ottimistiche le previsioni di Fior Markets che prevede una crescita percentuale pari al 16,5%.
UNA PARTNERSHIP DI SUCCESSO
La decisione di nVent di collaborare con congatec per lo sviluppo dei moduli è stato un processo quasi naturale. Come ha spiegato Christian Ganninger, Global Product Manager di nVent SCHROFF Europe: “congatec è l’azienda leader di mercato nel settore dei moduli di elaborazione e il supporto che è in grado di fornire è eccellente. Il team che ci ha assistito ha risposto immediatamente a tutte le nostre richieste. All’inizio della collaborazione ci ha fornito la formazione necessaria e una mole di materiale scritto molto utile nelle fasi iniziali. Nessun problema anche per ottenere le modiche del firmware richieste. Questi i motivi per cui siamo stati molto soddisfatti della cooperazione con congatec e siamo impazienti di integrare i nuovi processori Elkhart Laake e Tiger Lake nella nostra linea di prodotti”.
UN FUTURO PROMETTENTE
Nel caso in cui il concetto adottato da nVent dovesse prevalere nel settore della misura e collaudo, Ganninger intravede la possibilità di estenderlo anche agli standard AXI e VXI che, insieme a PXI, costituiscono circa il 78% del mercato della strumentazione modulare, un ambito che dovrebbe raggiungere quota 3,11 miliardi di dollari entro il 2027. Una quota considerevole - il 35% dell’intero comparto secondo una ricerca di mercato condotta da Grand View Research - è rappresentato dal settore delle telecomunicazioni. Tra gli altri mercati chiave si possono annoverare aerospazio e difesa, Automotive e trasporti, oltre a quelli dell’elettronica e dei semiconduttori. Un’altra opzione potrebbe essere l’espansione verso VME, VPX e CompactPCI. Per ragioni di natura strategica, Ganninger ritiene che questo approccio sarebbe praticabile solo nel caso in cui altri produttori di schede attive in questi mercati non fossero in grado di proporre offerte adeguate, scenario che in questo momento non pare ipotizzabile. In ogni caso, il solo mercato degli strumenti modulari ha dimensioni tali da garantire un futuro promettente. ©TECNeLaB
(*) Zeljko Loncaric, Marketing Engineer di congatec.
Uno schematico riassunto dei vantaggi derivati dall’uso dei moduli COM.
