Low-Power-Flaggschiff für künstliche Intelligenz

BU1:congatec SMARC Module mit dem neuen mit NXP i.MX 8M Plus Prozessor

SMARC-basierte Plattformen auf Basis der NXP i.MX 8M Plus-Prozessoren eignen sich ideal für eingebettete KI-Anwendungen. Ausgestattet mit einem umfangreichen Ökosystem mit anwendungsbereitem 3,5-Zoll-Trägerboard, Basler-Kameras und KI-Software-Stack ist ein schneller Machbarkeitsnachweis möglich, sagt Martin Danzer Loncaric, Direktor Produktmanagement bei der congatec AG .

Die Implementierung der Arm-Technologie war nicht immer so einfach. Bisher war es meist deutlich schwieriger, die neueste Prozessortechnologie aus dem Arm-Umfeld als fertiges System einzusetzen, als die x86-Umgebung zu implementieren. Mit einem modularen Ansatz auf Basis der SMARC-Computer-on-Modules-Spezifikation ist es nun aber auch möglich, Standard-Formfaktoren aus der x86-Box-PC-Reihe mit ARM-Prozessoren zu beziehen. Zum Beispiel durch ein 3,5-Zoll-Board, das je nach Bedarf mit SMARC 2.1-Modulen bestückt werden kann. Mit jeder Einführung eines neuen SMARC-Moduls wird das Portfolio der möglichen Konfigurationen mit etwas Zeitverzögerung automatisch erweitert. Das neueste Flaggschiff-Prozessor ist der neue NXP i.MX 8M Plus Prozessor.

Attraktive Funktionen

Technische Highlights der SMARC Module mit i.MX 8M Plus Prozessor sind die vier leistungsstarken Arm Cortex-A53 Prozessorkerne mit der zusätzlichen Neural Processing Unit (NPU), die zusammen 2,3 TOPS KI-Rechenleistung ergeben. Dank des integrierten Bildsignalprozessors (ISP) sind sie speziell für KI-Inferenz- und Machine-Learning-Anwendungen interessant und können die Daten der beiden integrierten MIPI-CSI-Schnittstellen sehr effizient verarbeiten.

Darüber hinaus ist über den Cortex-M7 eine Echtzeitsteuerung möglich. Und über Gigabit-Ethernet mit zeitkritischer Vernetzung (TSN). Für hohe Datensicherheit und Zuverlässigkeit sorgt erstmals die Inline-ECC-Funktion des Prozessors, der einen Fehlerkorrekturcode basierend auf LPDDR4-Speicher für bis zu 6 GB Kapazität implementieren kann. Der Cortex-M7 kann auch als fehlersichere Einheit verwendet werden, was für die fehlertolerante Auslegung von Kundenanwendungen nach IEC 61508/IEC61511 entscheidend ist.

Betrachten Ingenieure dieses Rundum-Servicepaket und implementieren weitere anwendungsspezifische Funktionen über PCIe Gen 3 sowie 2x USB 3.0 und 2x SDIO, verfügen sie über eine hochzuverlässige und robuste Linux-, Android- oder FreeRTOS-Plattform, die je nach die Variante, sogar im industriellen Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C einsetzbar. Der geringe Energieverbrauch von 2–6 W und der onboard eMMC mit 128 GB Speicherkapazität und der Möglichkeit im robusten pSLC-Modus betrieben zu werden, um die Lebensdauer des robusten Speichers noch weiter zu verlängern, sind weitere attraktive Highlights.

Vielfältige Anwendungsbereiche

SMARC-Module mit i.MX 8M Plus-Plattform sind daher auf zuverlässige Industrieanwendungen in Kombination mit Embedded Vision, Machine Learning und KI sowie fortschrittlichen Multimedia-Anwendungen ausgerichtet. Dabei zielen sie auf Industrie 4.0/IIoT, visuelle Inspektions- und Überwachungssysteme sowie Smart Infrastructures und Smart Cities ab. Weitere Anwendungen finden sich in der Land- und Bauwirtschaft sowie in der Gebäudeautomation und Messtechnik. Die Zielmärkte sind somit äußerst vielfältig.

Industrie 4.0-Anwendungen mit Echtzeit-Netzwerk

Dank des standardisierten Feature-Sets bieten neue SMARC-Module mit Prozessoren der i.MX8 M Plus-Plattform zahlreiche attraktive Features für die Echtzeitsteuerung sicherheitskritischer Anwendungen und vernetzter Industrie-4.0-Systeme wie Roboter oder autonome Logistikfahrzeuge. Diese beginnen beim integrierten Watchdog, der zur Fehlererkennung in redundanten Maschinensteuerungen eingesetzt werden kann. Über die Echtzeituhr und den TSN-fähigen Gigabit-Ethernet-Port können auch verteilte Edge-Systeme mit Echtzeit-Synchronisation aufgebaut werden. Zum Beispiel in vernetzten Fertigungszellen oder der Prozessindustrie.

Die NXP TrustZone bietet eine sichere Ausführungsumgebung für verbesserten Schutz vor Cyberangriffen, deren Risiko durch die Vernetzung steigt. Diese basiert auf einem Verschlüsselungsmodul (CAAM) für die hardwarebeschleunigte ECC- und RSA-Verschlüsselung, dem Resource Domain Controller (RDC) für die isolierte Ausführung kritischer Software und dem sicheren High Assurance Boot-Modus, der die Ausführung nicht autorisierter Software während der Bootvorgang.

Mit COM &Carrier zum kundenspezifischen Design

SMARC-Module sind wie alle Computer-on-Module auch für Entwickler ohne standardbasiertes 3,5-Zoll-Board attraktiv, da oft bereits applikationsfertige Trägerplatinen verfügbar sind und die SMARC-Module direkt auf diesen Kundensystemen eingesetzt werden können. Dadurch entfällt praktisch die Hardwareentwicklung, was auch die Softwareentwicklung deutlich beschleunigt und letztendlich zu einer schnelleren Time-to-Market führt. Im weiteren Verlauf des Produktlebenszyklus können auch Leistungsvarianten durch einfachen Austausch des Moduls geschaffen werden und für eine extrem lange Verfügbarkeit ist bei Abkündigung eines Prozessors ein Umstieg auf die nächste Generation mit minimalen NRE-Kosten möglich . Letztendlich bedeutet dies, dass der ROI erheblich gesteigert werden kann.

Aus diesem Grund haben COMs auch im Markt für Embedded Computer Boards und Systeme eine führende Position eingenommen. Viele Embedded-Anbieter bieten für SMARC-Module mit NXP i.MX 8M Plus-Prozessor eine erweiterte Verfügbarkeit von 15 Jahren an.

Autor ist Martin Danzer Loncaric ist Direktor Produktmanagement bei der congatec AG .