Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Výkonný a úsporný 22nm procesor Atom Bay Trail v embedded PC

Vývoj vestavných (embedded) počítačů staví konstruktéry před dilema, jak optima­lizovat poměr mezi výpočetním výkonem a spotřebou. Neustálý tlak uživatelů je nutí ke zvyšování výkonu, stejní uživatelé však od vestavného počítače očekávají, že nebu­de potřebovat aktivní chlazení. Vestavné po­čítače, jak jsou známy dnes, mohly být pro­to vyvinuty až po roce 2008, kdy Intel uvedl na trh řadu procesorů Atom.

 
Klasické procesory Atom jsou založe­ny na architektuře x86, při jejich výrobě se používá 45nm technologie a jejich příkon se, v závislosti na počtu jader, pohybuje od 2 do 8 W (obr. 1). Byly vyvinuty a uvedeny na trh jako levná varianta nízkopříkonového procesoru pro tehdy expandující výrobu no­tebooků. Výrobci průmyslové výpočetní tech­niky využili hlavně malý příkon a začali jimi osazovat vestavné počítače s pasivním chla­zením. Slabinou však zůstával poměrně malý výpočetní výkon. Každý, kdo si kdysi pořídil notebook s procesorem Atom N, pamatuje, jak draze byla dlouhá výdrž baterie vykou­pena malým výpočetním výkonem.
 
Procesory Atom následujících řad již byly svižnější, využívaly více ja­der a integraci původních čtyř pouz­der čipové sady (chipsetu) do jedno­ho pouzdra (SoC, System on Chip). S výkonem však rostla i spotřeba a snaha uspořit další energii narážela na limity 45nm technologie. Pokusy s 32nm technologií, která se objevi­la u některých řad procesorů Atom, ještě nepřinesly očekávaný přelom – ten přišel až s 22nm výrobní techno­logií procesorů (obr. 3).
 
Atom Bay Trail je zatím nejroz­šířenější varianta procesorů Atom vyrobených 22nm technologií. K dispozici je ve verzi s jedním, dvěma nebo čtyřmi jádry, vždy jako SoC. Je to také první procesor Atom s podporou OOE (Out of Order Exe­cution), metodou, která umožňu­je pracovat přednostně na instruk­cích, pro něž jsou již připravena data. Proti dosavadním procesorům Atom se tak Bay Trail jeví při stejné frekvenci hodin asi o polovinu rych­lejší. Výkonnější je i grafika, tento­krát již plně kompatibilní se stan­dardní grafikou „velkých“ proceso­rů Intel. Pro uživatele je to příjemná zpráva: ovladače pro všechny operační sys­témy jsou dostupnější. Spotřeba ve srovnání s předchozí generací procesorů Atom ovšem nijak znatelně neklesla, protože nové jádro je složitější, výrazně výkonnější a s rych­lejším taktem, ale energii ušetřila koncepce SoC: z procesorové desky zmizelo pouzdro samostatné čipové sady i se svým nezanedbatelným příkonem.
 
Zdá se tedy, že Atom Bay Trail je dalším velmi pozitivním krokem řešení nekonečné­ho rozporu mezi výpočetním výkonem a spo­třebou. Proto se jej okamžitě chopili i výrob­ci průmyslové výpočetní techniky. Vestavné počítače s procesory Atom Bay Trail dodává i společnost FCC průmyslové systémy. Pří­kladem jsou dále uvedené dva modely.
 
Nexcom Nise 105
Nise 105 od firmy Nexcom (obr. 4) navazuje na osvědčenou a žádanou řadu vestavných počítačů Nise 104. Vzhledem k malým rozměrům, vel­kému počtu vstupů a výstupů a do­statečnému výpočetnímu výkonu se řada Nise stala synonymem malé­ho, výkonného a cenově dostupné­ho vestavného počítače, který našel uplatnění v mnoha úlohách. Je osa­zen dvoujádrovým procesorem s označením E3826 s frekvencí 1,46 GHz. Další novin­kou je použití nízkonapěťových operačních pamětí s označením DDR3L. Standardem zůstala duální gigabitová síťová karta a širo­ký rozsah napájení 9 až 36 V DC. Novinkou je použití USB 3.0 a dvou grafických nezá­vislých výstupů.
 
Advantech UNO-2272G
UNO-2272G od firmy Advantech (obr. 5)je rovněž pokračovatelem úspěšné řady ve­stavných počítačů. „Pohání“ jej dvoujá­drový Atom Bay Trail E3825 s frekvencí 1,33 GHz. UNO je symbolem výkonného a spolehlivého počítače schopného praco­vat v rozsahu teplot –20 až +60 °C, odolné­ho proti rázům a vibracím, s širokou konek­tivitou a podporou mnoha funkcí užitečných pro použití v průmyslu, např. funkce údržby na dálku SusiAccess.
 
 
Obr. 1. Schéma architektury procesorů Intel P3 130 nm až Core2Duo 45 nm a Atom 220, 230, 330 a N270 45 nm
Obr. 2. Schéma architektury procesorů Intel Core i3, i5, i7 45 nm (Nehalem), 32nm či­pových sad Sandy Bridge, 22nm Ivy Bridge, 22nm Haswell desktop + M/H mobile a pro­cesorů Atom N400, D400, D500, Z500, Z600, E600 (45nm) a N2000, D2000 (32nm)
Obr. 3. Schéma architektury SoC (System On Chip) s procesory Intel 22 nm Haswell mobile U+Y (včetně procesorů Pentium a Celeron U/Y) a procesory 22 nm Atom Z3000 nebo E3000 Bay Trail (včetně procesorů Pentium a Celeron N/J)
Obr. 4. Vestavný počítač Advantech UNO-2272G
Obr. 5. Vestavný počítač Nexcom NISE 105