Allein für Netbooks, Nettops, Mobile- Internet-Devices und Consumer- Electronic gibt es Atom-CPUs in mehr als zehn Varianten. Für den Embedded- Bereich stehen weitere sieben Typen zur Verfügung. „Embedded heißt bei Intel mindestens sieben Jahre Liefergarantie und umfangreiche Betriebssystem- und Treiberverfügbarkeit", betont Intel Sales Manager Atom Michael Vierheilig, „von Microsoft Windows-Betriebssystemen über diverse Linux-Varianten bis hin zu Echtzeit- Betriebssystemen."

Bei Prozessoren mit 1,3 GHz und 1,6 GHz Systemtakt ist zusätzlich Intels Virtualisierungstechnologie implementiert, so dass ein Echtzeit- mit einem Standard-Betriebssystem auf der gleichen CPU betrieben werden kann. Für besonders strom- und platzsparende, lüfterlose oder batteriebetriebene Designs eignen sich die Atom-Prozessoren Z510 und Z530. Bei einer Gehäusegröße von nur 13 mm × 14 mm und 1,1 GHz oder 1,6 GHz Taktfrequenz werden zusammen mit dem System-Controller-Hub (SCH) US15W nur 666 mm2 Fläche auf der Platine benötigt.

Die als Menlow-XL bekannte größere Baureihe Z5xxP(T) ist in der P-Variante im Standard-Temperaturbereich (0 bis 70 °C) mit bis zu 1,6 GHz lieferbar und in der für einen erweiterten Betriebstemperaturbereich von -40 bis +85 °C ausgelegten PT-Variante mit einem Systemtakt bis 1,33 GHz. Aufgrund der größeren Gehäuse sind CPU-Kern und SCH dieser Linie rund dreimal so groß wie die Standard- Menlow-Baureihe. Der Vorteil: Die Komponenten sind leichter zu verarbeiten und robuster.

Als typische Zielanwendungen nennt Vierheilig Automotive- und harte Industrie-Applikationen. Sämtliche I/O-Schnittstellen sowie das Memory-Interface, HD-Videobeschleuniger und der 2D/3D-Grafikbeschleuniger sind für beide Serien identisch und im System-Controller-Hub US15W/PT konzentriert.

Der Schnittstellenumfang umfasst 18/24bit LVDS, SDVO, 2×PCI-Express, PATA/IDE, 4×HD-Audio, 8× USB2.0, 3×SDIO 1.1/MMC 4.0. Schnittstellen wie SATA oder Ethernet fehlen auf dem SCH, lassen sich mit externen Komponenten aber auf dem CPU-Board implementieren. Prozessor und SCH kommen mit 4,5WLeistung aus. Stehen die Systemkosten und ein PCähnlicher Schnittstellenumfang im Vordergrund, kommt der 1,6 GHz schnelle N270-Prozessor mit „82945GSE Graphics Memory Controller Hub" und dem „I/O-Controller-Hub ICH7-M" zum Einsatz. „Im Automatisierungsumfeld ist der N270 das Arbeitspferd", so Vierheilig.

Auf rund 2174 mm2 Gesamt-Chipfläche und einer Verlustleistung bis 10 W stehen zwei unabhängige Display-Schnittstellen für SDVO, VGA, Dual-Channel LVDS und Analog-TV zur Verfügung. Mit dem integrierten Grafikbeschleuniger (GMA950), 2×SATA, 6×PCI, 4×1 oder 1×4 PCI-Express, 10/100MBit/s Ethernet, 8×USB 2.0 und HD-Audio-Interface eignet sich diese Plattform für Anwendungen mit größeren Displays und Erweiterungsbedarf via PCI-Steckplätze. HMI- und Bedienpanels sowie Steuerungen sind die klassischen Anwendungen im industriellen Umfeld, gefolgt von Gaming-Applikationen sowie in POS-Terminals oder im Digital-Signage-Umfeld.

Leistungsvergleich in der Praxis

Speziell in industriellen und Embedded- Anwendungen zählen nicht nur die verfügbaren Schnittstellen und Rechenleistung zu den Auswahlkriterien. Ebenso ausschlaggebend ist die thermische Verlustleistung beziehungsweise Leistungsaufnahme. Ziel ist eine passive Kühlung ohne wartungsanfällige Lüfter und eine möglichst hohe Arbeitstemperatur. Laut Datenblatt unterscheiden sich N- und die Z-Serie in punkto Leistungsaufnahme erheblich - um mehr als 250 %.

Die N2xx-Prozessoren mit dem Notebook- Chipsatz 945GSE und der South- Bridge ICH7M stellen eine PC-übliche Hardware mit integrierter Grafik und den gewohnten Schnittstellen zur Verfügung. Daher liegt ihre „Thermal Design Power" (TDP) bei 11,8 W. Die Atom-Prozessor-Serie Z5xx mit dem Zusatzchip US15W kommt dagegen auf eine TDP von gerade 4,3 W.

„Allerdings beschränkt sich die Z-Plattform auf das absolute Minimum an Hardware", so Christian Eder, Sales und Marketing Manager EMEA bei der Firma Congatec. Die Grafik ist schwächer als beim 945GSEChipsatz, anstatt einer Festplatten-Schnittstelle gibt es lediglich ein SD-Card-Interface und auch auf den Ethernet-Anschluss wird verzichtet. „Allerdings relativiert sich in der Praxis der Unterschied", betont Eder.

Christian Eder von Congatec: „Der Unterschied zwischen Z- und N-Baureihe bei der Leistungsaufnahme fällt in der Praxis weitaus weniger ins Gewicht, als es das Datenblatt suggeriert.“

Das zeigen Vergleichsmessungen mit den COM-Express-Modulen conga-CA945 (N270) und conga-CA (Z530). Die Diskrepanz von 11,8 W versus 4,3WTDP auf dem Papier schrumpft unter Volllast auf 10,8 W und 7,2 W. Der Grund: Beim US15W-Chip der Z-Serie müssen die für ein Board-Design essenziellen Schnittstellen Ethernet und Serial- ATAmit diskreten Bauteilen nachgerüstet lich Strom und neutralisieren den Vorteil der Z-Plattform teilweise.

Die auf dem 945er-Chipsatz aufgebauten Module haben zwar einen etwas höheren Stromverbrauch, bieten dafür aber eine bessere Ausstattung. Die sechs „PCI Express Lanes" erlauben eine flexible Erweiterung mit schnellen Schnittstellen. Auch die Grafikleistung ist in den meisten Disziplinen leistungsfähiger.

Die im US15W integrierte Grafik kann mittels hardwareunterstütztem Decoding trotzdem hochauflösende HDTV-Videos ohne CPU-Belastung flüssig abspielen. Neben den Komponenten spielt die Implementierung des BIOS eine wichtige Rolle. Das BIOS selbst kann die Verwendung der Powermanagement-Funktionen moderner Chips in weiten Bereichen beeinflussen. „Die Auswirkungen der BIOSFunktionen oder auch der BIOS-Konfiguration sind deutlich messbar", so Eder.

Die Atom-Implementierungen

Einige Anbietergruppen haben auf Basis der Atom-CPUs kompakte Computer-on- Module-Konzepte entwickelt. Sie nutzen die geringe Verlustleistung, um einfachere und vor allem kleinere Kühlkonzepte zu realisieren. Zusammen mit den geringeren Bauteil-Abmessungen konnten daher deutlich kleinere Baugruppen spezifiziert werden. Die Firma Kontron (Halle 12, Stand 404) definierte mit nanoETXexpress die bislang kleinste Variante eines COM-Express.

Mittlerweile ist der Formfaktor bei der PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) als COM Express Ultra zur Standardisierung eingereicht - mit offizieller Unterstützung von Wettbewerbern wie Aaeon, Adlink, Advantech, EEPD und Toradex. Mit 84 mm × 55 mm benötigt das Ultra- Format 40 % weniger Fläche als der COM-Express-Formfaktor.

Die Baugruppe kann daher in Anwendungsbereiche vordringen, die mit COM-Express bislang nicht adressierbar waren - beispielsweise dezentrale Rechnerknoten sowie Bedienund Visualisierungskomponenten mit kleinen Bildschirmdiagonalen. Die Firma Congatec (Halle 12, Stand 122) definierte mit Qseven ein COM-Konzept mit 70 mm × 70 mm für Systeme mit x86-Prozessortechnologie im unteren Preissegment.

Die Weiterentwicklung dieses Board-Konzepts koordiniert das Qseven- Konsortium, mit etwa zwanzig Mitgliedern. Qseven setzt auf aktuelle Interface- Technologien wie USB 2.0, PCI-Express und SATA. Auf Legacy- und analoge VGA-Schnittstellen wird dagegen verzichtet. Diese Schnittstellenauswahl reicht für die meisten Anwendungen im Lowend- Bereich aus.

Das Embedded-Application- Software-Interface (EASI) deckt die Funktionen Watchdog-Timer, I2C-Bus, LCD-Backlight-Control, BIOS-Nutzer- Speicherbereich und die Temperaturkontrolle ab. Die Qseven-Module nutzen mit MXM-Steckern eine Technologie, die für hohe Übertragungsgeschwindigkeiten ausgelegt ist. Mit einer Referenzplattform können Kunden und Modulhersteller die Interoperabilität und herstellerübergreifende Austauschbarkeit der CPU-Module prüfen.

Eine weitere Referenzplattform unterstützt die Entwicklung von Soft- CNC- und SPS-Anwendungen unter dem Echtzeit-Betriebssystem OSADL-Linux. Jüngstes COM-Design ist das 2009 vorgestellte ESMini der Firma MEN Mikro Elektronik (Halle 12, Stand 545). Für raue Einsatzbedingungen konzipiert, ist die Elektronik komplett gekapselt und damit auch EMV-dicht.

Eine weitere Besonderheit ist ein integrierter FPGA. Firmenspezifisches Know-how und spezielle Funktionen lassen sich damit als IP-Cores (Intellectual Property) realisieren und schützen. Dies ist beispielsweise bei sicherheitskritischen Anwendungen von besonderer Bedeutung. Für diese Anwendungen spielt auch die Signalintegrität des Busses eine wichtige Rolle.

ESMini-Module sind deshalb fest mit der Trägerkarte verschraubt und über bahntaugliche Stecker mit dem Basis-Board verbunden. Außerdem sind alle Komponenten fest verlötet und zum Lackieren vorbereitet. Das 95 mm × 55 mm große Modul verfügt über eine Vielzahl von Ein-/Ausgabe-Möglichkeiten: Neben seriellen Schnittstellen wie PCI-Express, LVDS und SDVO, HD-Audio, Ethernet, SATA und USB unterstützt das Modul CAN und serielle Schnittstellen sowie bis zu 120 GPIO.

Atom-Prozessoren mit integrierter Grafik

Generationswechsel eingeläutet

Bei der Ende Dezember vorgestellten Atom- CPU-Generation sind erstmals Grafik- und Speichercontroller integriert.

Die neueste Atom-Plattform für Netbooks besteht aus dem Atom-Prozessor N450 und dem Low-Power NM10- Express-Chipsatz. Für so genannte Entry-Desktop-PCs wurden die Atom-CPUs D410 und der Dual-Core-Prozessor D510 konzipiert. Eine der wichtigsten Funktionen und Premiere bei den x-86-Chips ist die Integration von Speichercontroller und Grafik in die CPU. Das bedeutet nur noch zwei (CPU und Chipsatz) anstatt der bislang drei Chips (CPU, Chipsatz, Speichercontroller-Hub).

Dieser Aufbau sorgt für einen niedrigeren TDP-Wert (Thermal Design Power) und geringeren Stromverbrauch. Daraus resultieren kleinere und kompaktere System-Designs: Die gesamte Fläche der Plattform (Footprint) verkleinert sich um etwa 60 %, bei den Desktop-Varianten um fast 70 %.

Die Thermal Design Power sinkt um nahezu 50 %, der Stromverbrauch um 20 %. Der N450-Prozessor verfügt über 512 KByte L2-Cache und hat inklusive Chipsatz eine TDP von 7W (D410- Prozessoren: 12WTDP). Der Dual-Core-Prozessor D510 ist mit 1 MByte L2-Cache ausgestattet und kommt auf 15WTDP. Alle Chips haben eine Taktfrequenz von 1,66 GHz.