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Prozessor-Serie Intel Atom x6000E - Das Beste aus vielen Welten verbinden

Die Prozessoren-Serie Intel Atom x6000E, Codename „Elkhart Lake“ (EHL), ist das neueste Mitglied der Prozessoren-Familie und bringt Funktionen für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen mit. Als System-on-a-Chip (SoC) enthält es zahlreiche E/As, wie es sie in einem Intel-SoC bisher noch nicht gegeben hat.

Den Kern des Intel-Atom-x6000E-Series-Prozessors bildet eine Dual-Chip-Lösung, die in einem BGA-Gehäuse von 35 mm × 24 mm integriert ist. Der CPU-Komplex basiert auf Intels 10-nm-Prozesstechnologie mit bis zu vier (Tremont) Kernen mit 1,5 MB L2- und 4 MB LLC-Cache. Dadurch wird bei gleicher Verlustleistung eine um bis zu 1,5-fach (Single ­Thread) und 1,7-fach (Multi-Thread) höhere Verarbeitungsleistung gegenüber der Intel-Apollo-Lake-Architektur erzielt. Die Intel-Ultra-High-Definition- (UHD) Grafik-Engine mit zweifacher Grafikleistung kann bis zu drei unabhängige Displays mit bis zu 4Kp60 ansteuern. Der Speicher-Controller unterstützt DDR4/LPDDR4 mit bis zu 32 GB und 4267 MTs. Der Platform Controller Hub (PCH) basierend auf der 14-nm-Prozesstechologie ist über ein leistungsstarkes On-Package Interface (OPI) mit 4 GTs verbunden. Der PCH hält neben den üblichen E/As für PC-Kompatibilität eine Fülle von E/As bereit, die es in einem Intel SoC wie diesem noch nicht gegeben hat: UARTs, SPI, I2C, CAN FD, PWM, Quadrature Encoder Peripheral (QEP) und ADCs. Bild 1 zeigt das Blockschaltbild.

In-Band ECC

Ein sehr interessantes Merkmal ist die In-Band-Fehlerkorrektur ECC (IBECC), mit der die Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessert wird, ohne dass ein zusätzlicher externer EEC-Speicher erforderlich ist. Die IBECC speichert EEC-Korrekturbits in internen Caches und externen reservierten Speicherblöcken. Die ECC-Prüfung selbst ist für den Anwender völlig transparent. Sie kann für Speicherbereiche des externen DDR-Speichers mit hohen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen aktiviert und für andere deaktiviert werden. Aktivierte IBECC-Speicherbereiche unterliegen einer Bandbreitenreduzierung, allerdings wird die Erhöhung der Speicherbandbreite insgesamt in den meisten Fällen im Vergleich zu Apollo Lake ausgeglichen.

Programmable Services Engine

Die Programmable Services Engine (PSE) ist eine Offload Engine auf der Basis eines ARM Cortex-M7 mit 384 kB Tightly Coupled Memory (TCM) und 1 MB L2-Cache, die sich auf dem Platform Controller Hub befindet. Die PSE ist vollständig benutzerprogrammierbar, wobei Intel zahlreiche Referenzdesigns im Quellcode und/oder binär anbietet:

Embedded Controller (EC) Light: Verlagerung einiger EC-Funktionen von der Plattform auf den PCH, Batteriemanagement, Wärmemanagement

Out-of-Band Management (OOB): ferngesteuerter Neustart-, Ein-/Ausschalt-Management

Netzwerk-Proxy: Netzwerkantwort, System Wake

General Purpose Low Power Computing: Unterstützung von Echtzeitfunktionen, Low DMIPs Computing, Low-Speed-E/A für IoT-Anwendungen (alternativ zur Unterstützung durch einen zusätzlichen externen Mikrocontroller)

Sensor-Hub: Entlastung der Sensoranwendung und Datenfusion bei niedrigem Stromverbrauch

Kunden mit vorhandener ARM-optimierter Software können mit dem Zephyr Software Development Kit (SDK) ihren eigenen Code generieren, kompilieren und in die PSE portieren.

Echtzeit-Funktionalität

Der Intel-Atom-x6000E-Series-Prozessor verfügt über drei integrierte 2,5-Gbit-MACs (Media Access Control), die Time-Sensitive-Networking- (TSN) Funktionen unterstützen. Zusätzlich unterstützt der Prozessor Time Coordinated Computing (TCC) (Bild 2).

Die Intel TCC Time Synchronization bietet einen Hardware-Mechanismus zur Koordination der verschiedenen Zeitgeber in den einzelnen IP-Blöcken. Intel TCC Timeliness bietet darüber hinaus einen Hardware-Mechanismus zur Angabe der Latenzzeit von Datenpaketen zwischen IP-Blöcken. TSN bezieht sich auf eine Reihe von Standards/Spezifikationen und Funktionen, die auf Standard-Ethernet-Netzwerken basieren und zeitkritische Anwendungen unterstützen.

Funktionale Sicherheit (FuSi)

Intel bietet eine umfassende Softwarelösung für die Intel Safety Island (SI) Engines innerhalb des PCH, um FuSi-Anwendungen zeitnah (TTM) und mit wenigen zusätzlichen Komponenten zu implementieren:

Leistung: Sicherheitsfunktionen für Multicore-Hochleistungssysteme mit geringem Stromverbrauch, hoher Integration und hoher Leistung

Zertifikat: Zertifiziert nach SIL2/Cat.3 PL d, Unterstützung von SIL3/Cat.4 PL e

Sicherheitspaket: Eine vollständige technische Dokumentation zur Kundenunterstützung für die Systemzertifizierung

Safety Island: Integrierte Intel Safety Island Controller zur Reduzierung des kundenseitigen Aufwands bei der Implementierung von Sicherheitsmechanismen

FuSi-Software: Eine Reihe von Sicherheitssoftwarekomponenten zur Erkennung von Hardwareausfällen

Gemischte Kritikalität: Konsolidierung von sowohl sicheren als auch nicht sicheren Arbeitslasten mit gemischter Kritikalität auf einer zentralen Computing-Plattform

Boot-Lösungen

Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung eines eigenen Intel-Prozessor-Basissystems war bislang die Notwendigkeit eines BIOS. Dies bedeutete in der Regel den Einsatz einer BIOS-Standardlösung und eine entsprechende Hardware-Anpassung, was Mehrkosten und Lizenzzahlungen nach sich zog.

Intel bietet nun den Slim Bootloader für ausgewählte Intel-Plattformen an, darunter die Atom-x6000E-Serie. Der Slim Bootloader ist ein Linux-Basissoftwarepaket mit BSD-Lizenzmodell, wodurch anders als mit GPL keine Kundenanpassungen zurückgeladen werden müssen.

Vollständig integrierter Spannungsregler (FIVR) für vereinfachtes Design: Der Intel-Atom-x6000E-Series-Prozessor ist für viele Anwendungen geeignet, die über die Verwendung der Standardmodule SMARC, Qseven und COMExpress hinausgehen. Das SoC verfügt über zahlreiche E/A-Funktionen, die mit den Standard-Formfaktoren nicht abgedeckt werden können. Um all diese neuen Funktionen nutzen zu können, sind oft kundenspezifische Designs erforderlich.

Unterstützung für funktionale Sicherheit (FuSi): Mit der industriellen Automatisierung steigt die Komplexität von Hardware- und Softwaresystemen und es stellt sich zunehmend die Frage nach der Haftung bei Ausfällen.
Sicherheit für High Performance Computing: Bereitstellung von Sicherheitsfunktionen für Multicore-Hochleistungsmodule mit geringem Stromverbrauch, hoher Integration und hoher Leistung. Integrierte ISI für geringeren Aufwand bei der Implementierung von Sicherheitsmechanismen.
Kürzere Zertifizierungsdauer: Senkung der Gesamtbetriebskosten beim Kunden und Reduzierung der Zertifizierungsdauer im Einklang mit internationalen Standards (IEC 61508).
Konsolidierung und Kostensenkung: Konsolidierung von sowohl sicheren als auch nicht sicheren Arbeitslasten mit gemischter Kritikalität auf einer zentralen Computing-Plattform zur Senkung der Kosten.

Einsatzbedingungen und Zuverlässigkeit für den industriellen Einsatz: Intel-Produkte sind auf hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer ausgelegt. Für den EHL bietet Intel eine garantierte Verfügbarkeit von 15 Jahren. Für IoT-Geräte, die in rauen Industrieumgebungen zum Einsatz kommen, bietet der EHL einen erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 °C. Darüber hinaus dient IBECC zum Schutz vor Systemausfällen für eine höhere Zuverlässigkeit.

Sicherheit und Steuerbarkeit: Die integrierten grundlegenden Sicherheitsfunktionen sind in allen Intel-Prozessorreihen verfügbar. Sie helfen Technologieanbietern, die Plattform und die Daten zu schützen und vertrauenswürdige Anwendungen einheitlich zu erstellen. Aus Sicht von Intel erfordern die meisten IoT-Implementierungen eine Kombination von intelligenten Funktionen, hoher Leistung und umfassenden, integrierten Sicherheitsfunktionen. EHL bietet eine vollständige IoT-Sicherheitsreferenzarchitektur, die zeigt, wie integrierte Sicherheitsfunktionen intelligente Geräte auf Basis von Intel-Technologie schützen können.

KI, DL und Machine Vision: Künstliche Intelligenz (KI) eröffnet Produktions- und Industrieunternehmen eine Welt voller neuer Möglichkeiten. KI ermöglicht Herstellern die Vorhersage von Ertrag, Qualität, Energieverbrauch und anderen kritischen Faktoren. Außerdem kann KI helfen, Anlagen bereits vor einem möglichen Ausfall zu reparieren, Öltaschen zu lokalisieren, Erntebefall frühzeitig zu unterbinden und sicherere Arbeitsumgebungen zu schaffen.
Intel verfügt über ein vollständiges Portfolio an KI-Produkten und Optimierungen für gängige neuronale Netzwerk-Frameworks, mit dem Technologieanbieter in völlig neue Anwendungsbereiche vordringen können. Intel bietet ein umfassendes Spektrum an Bildverarbeitungsprodukten und Software Tools, die OEMs, ODMs und Systemintegratoren dabei unterstützen, Bildverarbeitungstechnologien in der gesamten Infrastruktur zu skalieren und individuelle Anforderungen an jedem Punkt einer KI-Architektur mit dem richtigen Verhältnis von Leistung, Kosten und Effizienz zu erfüllen.

Fazit

Neben der standardmäßigen Kompatibilität mit Windows 10, Linux und vielen Echtzeit-Betriebssystemen bietet die Intel-Atom-x6000E-Serie die bekannten Arbeitslastkonsolidierungen und Virtualisierungen. Die PSE auf dem PCH mit vielen industriellen E/As kann zahlreiche Funktionen übernehmen, für die in der Vergangenheit ein separater Mikrocontroller erforderlich war. Ausgewählte SKUs offerieren funktionale Sicherheit. TSN steuert zusammen mit TCC präzise programmierbare Logic Controllers, PLCs und andere zeitsensible Aufgaben, die mit reinen Windows-basierten Systemen nicht zu bewältigen waren.

Durch die große Anzahl industrieller E/As eignet sich dieses SoC über den Standard-Formfaktor hinaus für preis- und funktionsoptimierte Lösungen.

 

Komponenten gibt es auf www.rutronik24.de.

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Figure 1: The Intel Atom x6000E series processor combines a powerful CPU with a Platform Controller Hub (PCH) with numerous interfaces.
Bild 1: Der Intel-Atom-x6000E-Series-Prozessor kombiniert eine leistungsstarke CPU mit einem Platform Controller Hub (PCH) mit zahlreichen Interfaces.