x86-SoCs für Embedded-Mainboard-Designs

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Onboard-CPU-Core-Voltage-Steuerung

Das Layout der externen I/O-Anschlüsse ist identisch mit dem der Vorläufergeneration D3003-S. Dadurch können die D3313-S-Mainboards auch in die existierenden Mini-ITX-Gehäuse von Fujitsu eingebaut werden. Dies ermöglicht einen einfachen Umstieg der Plattform-Technologie bei gleichbleibendem Gehäuse und bietet auch weiterhin die optimale Basis für ein kostengünstiges System. Zusätzliche Einsparpotenziale ergeben sich aus der Tatsache, dass sich die Anzahl der Boardlayer reduzieren und die Stromversorgung vereinfachen lässt, weil bei einem SoC viele Signalleitungen wegfallen, etwa zwischen Prozessor und Controller Hub.

Die Leistungsaufnahme der auf den D3313-S-Mainboards von Fujitsu eingesetzten AMD Embedded G-Series SOCs reicht von der 9-W- über die 15-W-Dualcore-Version bis zum Quadcore-SOC mit 25 W TDP. Die Spannungsversorgung erfolgt entweder mit 12V oder 19–24 V (Dual Range) über einen AC-Adapter. Ein DC-to-DC Converter Board entfällt somit und spart dabei neben Kosten auch Einbauplatz. Die Onboard-CPU-Core-Voltage-Steuerung kann Schwankungen in der Versorgungsspannung von bis zu ±10% abfangen. Die Stromstärke innerhalb des Mainboards liegt typischerweise bei 1 A. Die Multimedia-Engine der SoCs verfügt über einen C6-„Deep Power Down“-Modus, der die komplette Leistungsaufnahme des Systems zusätzlich reduziert. Eine weitere Verringerung der Leistungsaufnahme erreicht AMD durch ein verbessertes Clock-Gating, das erstmals auch auf die Multimedia-Engine ausgeweitet worden ist.

Der niedrige Energiebedarf der neuen SoCs spart nicht nur Stromkosten, sondern bietet auch weitere Designvorteile. Wenig Leistung bedeutet wenig Wärmeentwicklung, deshalb können mit AMD-Embedded-G-Series-SoC-Mainboards auch lüfterlose Systeme realisiert werden. Das Embedded-System wird dadurch nicht nur leiser, sondern auch zuverlässiger, weil die fehleranfällige Mechanik eines Lüfters gar nicht erst eingebaut werden muss. Die Dimensionierung der D3313-S-Mainboards für 0 – 60 °C im Dauerbetrieb unter Volllast garantiert zudem ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit.

Hardwarebasierte Video-Enkodierung

Kompakter Formfaktor und geringer Energieverbrauch vermögen aber nur dann zu beeindrucken, wenn sie nicht zu Lasten der Performance gehen. Bei den AMD Embedded G-Series SOCs ist das kein Problem. Basierend auf dem neu entwickelten “Jaguar”-CPU-Core in 28-nm-Fertigungstechnologie und der AMD Radeon GPU der 8000er-Serie, können die Ein-Chip-Systeme bei höheren Taktraten mehr Befehle pro Taktzyklus (Instructions per Cycle) verarbeiten als frühere Generationen. Dies zeigt sich auch bei der Ausführung verschiedener rechenintensiver Standard-Benchmarks. In entsprechenden Tests von AMD zeigten die Embedded G-Series SoCs im Vergleich zu den AMD Embedded G-Series APUs eine um bis zu 113% höhere CPU-Performance.

Doch nicht nur das: Im Vergleichstest mit Marktbegleitern schließt die AMD G-Series SOC auf hervorragende Weise die Lücke zwischen Intel Atom und der hochpreisigen Technologieplattform Intel Core i. So bietet die AMD G-Series SOC auf einem Preisniveau, das dem von Intel Atom vergleichbar ist, eine Grafikperformance, die sich nicht nur mit diversen Core-i-CPUs messen kann, sondern diese teilweise sogar übertrifft. Die TDP-Werte sind dabei aber erheblich niedriger als bei Core-i3- oder Core-i5-CPUs.

Dass Fujitsu sich entschied, die AMD Embedded G-Series SoCs für seine neuen Industriemainboards einzusetzen, hat aber noch weitere Gründe. Der verbesserte Universal Video Decoder beispielsweise bietet neue Möglichkeiten für die hardwarebasierte Video-Enkodierung, was für Anwendungen im Bereich Digital Signage ebenso gute Voraussetzungen schafft wie für Videoüberwachung, bildgebende Verfahren in der Medizintechnik oder digitale Mischpulte, um nur einige Beispiele zu nennen. Des Weiteren unterstützen die AMD Embedded G-Series SOCs eine drahtlose Displayanbindung über WiFi oder Ethernet bei minimaler Latenz. Dies bietet sehr gute Startbedingungen für Designs im Zeichen von „Industrie 4.0“, also der zunehmenden Integration von mobilen Endgeräten in die Industrieautomation, mit der in den kommenden Jahren verstärkt zu rechnen ist.

Parallel-Processing auf der CPU/GPU mit OpenCL

Für grafikintensive industrielle Applikationen wie HMIs, aber auch andere Embedded-Lösungen in den Bereichen Digital Signage, Kiosk oder Medizintechnik qualifiziert sich die Plattform noch mit weiteren Features: Sämtliche neuen AMD-Embedded-G-Series-SOC-basierten Mainboards von Fujitsu unterstützen zwei unabhängige, hochauflösende Displays auf der Basis von DVI-I, Display Port oder 24-Bit-Dual-Channel-LVDS. Die integrierten AMD-Radeon-8000-GPUs ermöglichen DirectX11.1, OpenGL 4.2 und OpenCL 1.2 (jeweils unter Windows 7, Windows Embedded Standard 7, Windows 8, Windows Embedded Standard 8 und Linux mit AMD-Catalyst-Treiber).

Daraus ergibt sich die Möglichkeit des Parallel-Processing und somit eine deutlich verbesserte Grafikverarbeitung. Im Vergleich zu AMD G-Series APUs können bis zu 20% mehr Leistung erzielt werden. Vom Parallel-Processing auf der CPU/GPU mit OpenCL profitieren vor allem Applikationen, in denen es auf höchste Präzision ankommt – was im Embedded-Bereich der Regelfall ist. Einschlägig sind hier zum Beispiel industrielle Steuerungen und Automatisierungsapplikationen sowie Anwendungen in den Bereichen Sicherheit und Überwachung, Medizintechnik sowie Kommunikation. Die integrierte GPU stellt solchen Applikationen über OpenCL-APIs eine Rechenleistung von bis zu 256 GFLOPs zur Verfügung.

* Peter Hoser ist Sales Director OEM bei Fujitsu.

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