Warum ist die neue Prozessorfamilie von AMD für den Embedded-Markt interessant? Attraktiv ist sie vor allem wegen des platz- und energiesparenden SoC-Designs, das die x86-Performance der ‚Zen‘-CPUs mit der ‚Vega‘-GPU-Architektur nahtlos integriert. Auch setzt sie bei der Rechenleistung neue Standards für Box-PCs der nächsten Generation. Gerade Lösungen für die Robotik, Automation und Mobile Systeme erfordern oft die Integration neuer Technologien wie KI, Machine Learning und Deep Learning. Die neuen SoCs bieten dafür eine Grafikleistung und Multimedia-Performance auf dem Niveau diskreter GPUs mit einer Rechenleistung von bis zu 3,61 TFlops an. Dennoch liegt die Leistungsaufnahme (Thermal Design Power, TDP) bei nur 12 bis 54 W. Mit diesen Leistungswerten und den zwei bis vier Cores, die sowohl Hypervisor-Technologien als auch Simultanes Multithreading (SMT) für bis zu acht parallele Tasks unterstützen, ist die aktuelle Embedded-Prozessor-Generation dazu prädestiniert, in zahlreichen Automobil-, Industrie-, Medizin- und Robotik-Applikationen als IPC, Steuerungsrechner oder HMI eingesetzt zu werden.
 

Mehr Intelligenz am Edge

Die GPU bietet aber nicht nur eine leistungsstarke 3D-Grafik in UHD. Attraktiv ist sie auch für Deep-Learning-Inferenzsysteme der Künstlichen Intelligenz, die eine massive parallele Datenverarbeitung erfordern. Hierzu steht ein umfassendes Ökosystem für den General-Purpose-GPU-Einsatz (GPGPU) zur Verfügung. Da das Ökosystem softwareseitig durch Open Source geprägt ist, ist für Langzeit-Verfügbarkeit und Standardisierung gesorgt.

Integrierte Sicherheit

Für Industrie-4.0-angebundene Maschinen und Anlagen bietet die Ryzen-Embedded-V1000-Prozessorfamilie zahlreiche Funktionen, die die Konnektivitäts-Aufgaben am Edge des IIoTs deutlich vereinfachen. Durch die Internetanbindung ergeben sich jedoch deutlich höhere Sicherheitsanforderungen als bei vorherigen nicht vernetzten Infrastrukturen. Prozessoren, die Entwicklern mehr Sicherheitsfeatures von der Stange bieten, vereinfachen es deshalb, Sicherheit nicht nur technisch sondern auch kostenseitig effizient einzudesignen. Dafür bietet diese neue Prozessorgeneration beispielsweise zahlreiche hardwareintegrierte Zusatzfunktionen. Sie machen es möglich, vertrauenswürdige IPC-Konfigurationen mit möglichst geringem Aufwand zu entwickeln. So bieten die neuen AMD-Ryzen-Embedded-V1000-SoCs etwa einen integrierten hardwarebasierten Schutz vor unbefugtem Speicherzugriff sowie eine Secure Encrypted Virtualization (SEV) zum sicheren Isolieren von Hypervisoren und virtuellen Maschinen (VMs). Zudem bieten sie eine einmalig programmierbare Funktion (OTP), mit der Kunden eigene Verschlüsselungs-Keys verwalten können. 

Standardisierte Features auf nur 10 cm x 10 cm

Für besonders kompakte Systemlösungen wurden die AMD-Prozessoren nun erstmals im kompakten eNUC-Box-PC-Formfaktor verfügbar gemacht. Dieser noch vergleichsweise junge Embedded Formfaktor, der von der SGET (Standardization Group for Embedded Technologies e.V.) im Jahre 2014 auf Boardlevel standardisiert wurde, ist der neue Star der Embedded Box-PCs. Dies insbesondere, weil er extrem kompakt ist und deshalb als applikationsfertiges System überall zum Einsatz kommen kann. 

Trotz kleinem Formfaktor bietet der AMD Ryzen Embedded basierte eNUC eine ganze Reihe von Schnittstellen.

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Die Grundfläche der eingebetteten Boards ist mit 101,6 mm x 101,6 mm (4 x 4 Zoll) extrem kompakt. Sie bieten an ihren ­vorderen und hinteren Flanken dennoch hinreichend Platz für zahlreiche Interfaces. Ein weiterer Vorteil dieser Systeme ist die Standardisierung über die SGET. Sie ist bislang einzigartig im Bereich der Box-PCs – weder für 3,5-Zoll-Systeme noch für Pico-ITX gibt es einen vergleichbaren hersteller-unabhängigen Host für die Standardisierung. Eine solche Standardisierung sichert dem Embedded Markt dabei wichtige Erfolgsfaktoren: Zum einen sorgt sie – so wie alle Formfaktoren – dafür, dass Footprintidentische Sys­temauslegungen über viele Jahre hinweg verfügbar bleiben. Zudem stellt sie sicher, dass einheitliche Systemkonfigu­rationen verfügbar werden, selbst wenn man sie von unterschiedlichen Herstellern bezieht, da ein gewisser Satz an Schnittstellen fester Bestandteil der Spezifikation ist. Auch verlangt die Spezifikation, dass die eNUC-Boards mindestens den in­dustriellen Temperaturbereich zwischen 0 °C und +60 °C oder sogar den erweiterten Temperaturbereich zwischen –40 und +85 °C unterstützen. Zudem sollten Hersteller eine Langzeitverfüg­barkeit von mindesten fünf Jahren ga­rantieren. All das ist dank der SGET-Spezifikation einzigartig im Box-PC-Markt.

Aufgrund dieser vielfältigen Vorteile gibt es heute bereits zahlreiche eNUC-Board- und Systemhersteller auf dem Markt. Das bietet Kunden die Freiheit, sich stets für die beste Lösung entscheiden zu können. 

Breites Ökosystem

Ein breites Spektrum an Zubehör – von Standard-Kühllösungen und Kabelsätzen bis hin zu Gehäusen – macht es zudem einfach, Komponenten von Drittanbietern hinzukaufen zu können. Als Derivat eines kommerziellen Standards kann der eNUC Formfaktor auch niedrige Komponentenkosten für Embedded Applikationen bieten, da es oft eine Option gibt, die in kommerzieller Massenproduktion hergestellt wird, sodass sich NRE-Kosten auf ein Minimum reduzieren lassen. Die Tatsache, dass eine große Entwickler-Community mit diesem Formfaktor arbeitet, sorgt zudem für die stetige Verbesserung des Standards.

Das Embedded CPU Board des eNUC-Box-PCs bietet bereits alle Standardfunktionen eines Industriecom­puters. Über Er­weiterungskarten lassen sich einfach kunden­spezifische Schnittstellensätze integrieren.

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Diese Standardisierungsvorteile machen den eNUC-Box-PC-Formfaktor für viele Low-Power Small-Form-Factor-Applikationen sehr attraktiv. Das Anwendungsportfolio ist dabei sehr weitreichend, da sich die kompakten eNUC-Systeme quasi überall in mobilen und stationären industriellen Systemen unterbringen lassen. Für unterschiedliche Industrie- und Embedded-Märkte werden zudem individuelle Interface-Erweiterungen geboten. Deshalb gibt es von unterschiedlichen Herstellern auch zahlreiche Konfigurationen-Varianten, was sowohl die Schnittstellenkonfiguration als auch die Montageoptionen betrifft. Robuste Desktop-Lösungen für den Arbeitsplatz des Werkers gibt es beispielsweise ebenso wie Wandmontage-Lösungen oder Hutschienen-Systeme für den Schaltschrankeinsatz. 

Hervorragend eignet sich der eNUC-Standard außerdem für Automotive-Applikationen – ein passendes integriertes Netzteil vorausgesetzt.

Heimische Anbieter

eNUC-Hersteller haben bisweilen mit einem Wettbewerb zu tun, der sich nur auf den ersten Blick als besonders preisgünstig darstellt – und zwar die kommerziellen NUC-Lösungen aus asiatischer Fertigung. Doch diese können mit den Anforderungen an Robustheit und Langzeitverfüg-barkeit des Embedded-Marktes nicht mithalten. Deshalb gibt es heute viele OEM-Kunden und industrielle Endanwender in Europa, die auf Systeme nach dem eNUC-Standard Wert legen. 

Der eNUC Box-PCs von E.E.P.D. ist auch für den Fahrzeugeinsatz prädestiniert. Dafür sorgen zum einen die hochwertige integrierte fahrzeugtaugliche Weitbereichsstromversorgung von 8 V bis maximal 32 V und die Eingänge für Dauerplus (Klemme 30) und Zündungsplus (Klemme 15). 

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Genauso wichtig ist ihnen zudem eine Produktion im Heimatmarkt. Der Bedarf hierfür kann dabei unterschiedlichste Beweggründe haben. So ist es dem einen wichtig, dass schnell auf Probleme im Feldeinsatz reagiert werden kann, wie etwa bei der hochsensiblen Just-in-Time Automobilproduktion. Dem anderen ist generell die Entwicklungsqualität, die das Attribut ‚Made in Germany‘ verkörpert, wichtig, weil man bei den eigenen Maschinen und Anlagen höchste Qualität gewährleisten will.

Für viele ist außerdem die Sicherheit vor ausländischer organisierter Werksspionage oder Sabotageanfälligkeit essenziell, weshalb man ausschließlich mit den Kernländern der Europäischen Union (EU12/15) zusammenarbeiten möchte. 

Aufgrund all dieser Anforderungen gibt es trotz der im IT-Segment mittlerweile hohen asiatischen Vormachtstellung weiterhin einen großen Markt für Embedded und Industrie-PCs ‚Made in Germany‘. Legt man Wert auf hohe Qualität – wie die deutsche Industrie bei der eigenen Produktion und/oder in den eigenen Produkten – senkt das auf lange Sicht die TCO des Kunden, was bei langlebigen Investitionsgütern und Produktionsequipment von entscheidender Bedeutung ist; denn Ausfälle, ungeplanter Wartungsaufwand und schlechter Service sind extrem teuer und überschreiten im ersten Schadensfall meist deutlich die Investitionskosten in einen vergleichsweise günstig zu beziehenden Box-PC.

Autor: Christian Blersch ist Geschäftsführer bei E.E.P.D.