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Höchstleistung fürs Embedded-Computing mit AMDs Ryzen-CPUs

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AMDs Zen Core verarbeitet 52% mehr Instruktionen pro Zyklus

Auch in der allgemeinen Single-Thread- und Multi-Thread-Performance bestechen die neuen Multicore-Prozessoren. So kann der neue Zen Core gegenüber seinem Vorgänger, dem Excavator Core, beispielsweise rund 52% mehr Instruktionen pro Zyklus verarbeiten. Verantwortlich für diese signifikante Leistungssteigerung sind zahlreiche Verbesserungen in der neuen Zen-Mikroarchitektur.

So unterstützen die neuen AMD-Ryzen-Embedded-Prozessoren erstmals simultanes Multithreading (SMT), sodass nun zwei parallele Threads verarbeitet werden können, was letztlich für einen noch höheren Durchsatz sorgt. Für die Maximalleistung relevant ist auch der Precision Boost, mit dem für jeden Core individuell die Taktfrequenz optimiert wird. Die Extended Frequency Range erhöht den Kerntakt zusätzlich, solange thermische Reserven zur Verfügung stehen.

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Künstliche Intelligenz und mehr Performance pro Watt

Zusätzlich integrieren die Zen Cores ein neuronales Netz mit künstlicher Intelligenz (Neural Net Prediction), über das der Prozessor aus bisherigen Programmabläufen lernt vorherzusagen, welchen Verarbeitungspfad eine Applikation einschlagen wird. Und schließlich trackt Smart Prefetch, das auf ausgeklügelten Lernalgorithmen basiert, das Softwareverhalten, um die Anforderungen einer Applikation vorherzusehen und die Daten im Voraus bereitzustellen, was insgesamt die Effizienz des Systems steigert.

Mehr Performance pro Watt

Dies alles wird geboten bei einer deutlich optimierten TDP, die auch entscheidend ist für die Integrierbarkeit der neuen Prozessoren in platzbeengte Embedded-Systemdesigns. Möglich wurde die Optimierung der TDP unter anderem durch in 14-nm-Technologie gefertigten FinFET-Transistoren der Zen Cores, die auch zu einer kleineren DIE-Größe dank höherer Packungsdichte geführt hat. Die optimierte TDP ist dabei für viele Embedded-Applikationen von großer Relevanz.

So kann man sagen, dass die Performance, die bislang nur bei 45 Watt TDP eingesetzt werden konnte, heute schon für rund 30 Watt TDP verfügbar ist; und wenn wir auf die komplett lüfterlosen, passiv gekühlten Systeme schauen, ist das Performancewachstum besonders bemerkenswert: So haben Tests gezeigt, dass der zwischen 15 und 25 Watt cTDP skalierbare AMD-Embedded-Ryzen-Prozessor-V1605B, der mit dem Ryzen-5-2500U-Prozessor aus der Mobile-Klasse vergleichbar ist, einen Multithread Geekbench von 10.377 erreichen kann, während eine vergleichbare Intel-Core-i7-7600U-CPU nur 8.401 erreicht und die Gen8-CPU i7-8550U mit 11.418 zwar rund 10% besser liegt, aber mit aktuellen Verkaufspreisen von rund 409 USD auch deutlich teurer ist.

Überzeugende Features also, sowohl was die Grafikperformance als auch die CPU-Performance zu gegebenen Kosten betrifft. Entwickler, die AMDs neue Ryzen Embedded V-Series möglichst schnell evaluieren und implementieren wollen, können nun bestehende Carrierboard-Designs mit den neuen Computer-on-Modules von congatec bestücken oder zusätzlich mit dem Eval-Carrier Board für COM-Express-Type-6-Module testen. Passende Kühllösungen für jede TDP-Klasse stehen ebenfalls bereit, sodass OEM-Designs mit wenigen Handgriffen mit dem neuen Modulen bestückt werden können.

Neue CPUs rasch mit congatec-Modulen implementiert

congatec hat das neue conga-TR4-Modul bereits bei mehreren Systemdesigns getestet. Für die Migration des Moduls in ein bestehendes System brauchten die Entwickler bei einem Partnerunternehmen genauso lange, wie bei der Bestückung des Systems mit bereits evaluierter Hardware. Die Installationsroutinen zum Aufsetzen der Software erforderte ebenfalls nur die ansonsten üblichen Routinen.

Dank des standardisierten APIs, das bei allen Modulen von congatec identisch ist, war selbst für die Ansprache der Hardware kein weiterer Programmieraufwand erforderlich. Dadurch ist unter anderem die Ansteuerung der GPIOs bei jedem Modul identisch, die Systemdesigner beispielsweise zur Systemtemperaturmessungen brauchen, um die Displayhelligkeit zu regeln.

Dieses Migrationsbeispiel zeigt anschaulich, wie universell und einfach neueste Prozessor-Generationen eingesetzt werden können, wenn das Design auf Computer-on-Modules beruht. Man muss im Grunde nur auf die TDP achten und kann dann sehr komfortabel von der einen zur nächsten Prozessorgeneration migrieren. Dies lohnt sich selbst für Standard-Motherboards, die etwa im High-End-Medical-Segment eingesetzt werden.

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Denn dann beziehen sich die Zertifizierungsaufwendungen bei neuen Modulen nur noch auf die Module und für diese gibt es – schon alleine wegen der hohen Standardisierung – zusammen mit den Carrierboards auch die umfangreichsten Dokumentationen. congatec legt sehr großen Wert darauf, dass mit jedem Modul auch etliche Technikdokumentationen mitgeliefert werden, die sich auch für die Zertifizierungen der einzelnen Branchen bestens eignen.

CoMs, ideal für Mini-ITX-Standardboards

Ein passendes Motherboard im Mini-ITX-Formfaktor hat congatec deshalb jüngst vorgestellt. Es kombiniert klassische Embedded-Schnittstellen mit Leistungsmerkmalen aus der IT-Welt, die selbst die Anforderungen von leistungshungrigen Grafik-Workstations und Mini-Servern erfüllen. Für High-Performance-Grafikkarten und GPGPUs steht ein PCIe Graphics Slot zur Verfügung, der je nach Modul bis zu 16 Lanes anbindet. Für weitere Peripherie stehen 4 x USB sowie ein miniPCIe Port bereit. Monitore können über 2 x DP, 2 x HDMI sowie über eDP, LVDS und VGA angebunden werden. 2 x 1 GbE mit einem dedizierten Intel-i211-Netzwerkcontroller sowie ein Micro-SIM Slot bieten flexible Vernetzungsoptionen.

Für Speichermedien gibt es 2 x SATA Gen3 sowie einen microSD- und M.2-Typ-B-Sockel, der das schnelle Intel Optane Memory unterstützt. An Embedded Interfaces führt das Motherboard 4 x COM (232/422/485), 1 x GPIO, 1-x-I²C-Bus aus. Die Stromversorgung erfolgt sehr flexibel über externe und interne Weitbereichseingänge (12 VDC bis 24 VDC) und mit Smart-Battery-Management-Support sind sogar batteriebetriebene mobile Applikationen möglich. Ein umfangreiches Angebot an Zubehör wie I/O-Blenden, Kabelsätzen und Videoadaptern steht zum einfacheren Design-In ebenfalls zur Verfügung.

* Martin Danzer ist Director Product Management bei congatec

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