Философия COMsistent: с технологией COM Express — в будущее!


PDF версия

Благодаря своим впечатляющим успехам и отличным перспективам стандарт COM Express стал для рынка встраиваемых модулей эталоном и останется таковым еще достаточно длительное время.

Изделия типа «компьютер-на-модуле» (Computer-On-Module — COM) существуют уже более 10 лет и используются в широчайшем спектре реальных приложений. Будучи изделиями с высоким уровнем интеграции, для превращения которых в полноценный компьютер необходима лишь базовая плата, модули COM обеспечивают компьютеризацию все большего числа устройств и систем в таких прикладных сферах как торговля, промышленность, обеспечение безопасности и медицинская техника.
Почва для такого успеха была подготовлена, в частности, стандартом COM Express. Этот стандарт продолжает служить отправной точкой при создании новых сверхмалогабаритных форм-факторов типа nanoETXexpress (см. рис. 1) и благодаря этому постоянно развивается (см. рис. 2).

Рис. 1. Модули COM Express разных типоразмеров
Рис. 2. Эволюция концепций COM и COM Express

Центральная идея, лежащая в основе концепции COM, столь же проста, сколь и практична. Приобретая модуль COM, инженер получает в свое распоряжение готовое стандартизованное изделие, где уже есть процессор, шина, память и средства ввода-вывода — остается лишь позаботиться о реализации дополнительной логики и физических интерфейсов на плате-носителе. В результате инженер может полностью посвятить себя прикладной стороне проекта, забыв о его рутинной части. Если ему понадобится большая производительность или меньшее энергопотребление, он заменит один модуль COM на другой, оснащенный более быстрым процессором и/или рассеивающий меньшую мощность. Поскольку поставщик модуля COM фактически уже выполнил значительную часть работы по созданию конечной системы, она появится на рынке гораздо быстрее, чем с помощью других подходов. Кроме того, благодаря стандартизации выбирающий технологию COM инженер не привязывает себя к определенному поставщику. Одной из важных вех в истории компьютеров-на-модуле стало принятие отраслевого стандарта, определившего размеры модулей COM, физическое расположение разъемов и назначение контактов. В июле 2005 г. Международный консорциум PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group), объединяющий в своих рядах более 450 компаний, опубликовал спецификацию COM Express. В настоящее время данный стандарт определяет модули типоразмеров «базовый» и «расширенный» (125×95 и 155×95 мм, соответственно). Ожидается получение официального статуса еще двумя форм-факторами: «компактным» (конструктив microETXexpress, 95×95 мм) и «ультра» (84×55 мм). Модули, реализованные в этих конструктивах, подключаются к базовой плате через один либо через два 220-контактных разъема. На сегодняшний день определены разъемы COM Express пяти различных типов: от COM Express Type 1 до COM Express Type 5. Стандарт COM Express предусматривает выделение контактов для таких распространенных интерфейсов как PCI, PCI Express, PCI Express Graphics, Serial ATA, LVDS, USB, Gigabit Ethernet, AC97 и GPIO.
Главным отличием изделий COM Express от предыдущих компьютеров-на-модуле, существовавших до появления технологии COM Express (DIMM-PC, X-board), является способ подключения модуля к плате-носителю: в стандарте COM Express краевые соединители типа «гребенка» заменены на перспективные штырьковые разъемы. Это было сделано потому, что в краевых соединителях сигнал затухает сильнее; более сильное затухание сигнала влечет за собой уменьшение длины трасс на плате-носителе (а длины трасс уже уменьшились в связи с популяризацией философии Green IT). К тому же штырьковый разъем COM Express эффективнее противостоит воздействию ударов и вибрации и имеет гораздо лучшую электромагнитную совместимость.
Стандарт COM Express имеет массу преимуществ: конечные продукты на базе модулей COM быстрее появляются на рынке, разработчики адаптируют свои системы под разные требования с минимальными затратами и минимизируют риски в долгосрочной перспективе, а модули COM реализуются в оптимизированных форм-факторах. При использовании изделий класса COM снижается стоимость жизненного цикла изделий, поскольку одни модули легко заменяются другими. Кроме того, модули COM обладают длительным жизненным циклом и хорошим потенциалом для расширения функциональности в будущем.
Ключом к успеху стандарта COM Express стала мудрость консорциума PICMG. При разработке исходной спецификации эксперты PICMG приняли во внимание как тенденцию к миниатюризации компьютерных изделий, так и широту спектра тех приложений, где подобные малогабаритные изделия теоретически могли бы применяться. Базовый форм-фактор COM Express размерами 125×95 мм является, по сути, прямым потомком чрезвычайно популярного конструктива ETX и наследником успеха одноименной технологии. Модули формата ETX продолжают пользоваться огромным спросом и сегодня, обладая достаточным местом для размещения высокопроизводительных процессоров и множества других компонентов. Еще одним важным преимуществом «базового» типоразмера является стандартизация распределения тепла, которая возможна благодаря сравнительно большим размерам этих модулей. В продуктовом предложении холдинга Kontron модули COM Express формата «базовый» образуют линейку ETXexpress. Появление на рынке новых миниатюрных чипов и, прежде всего, рост спроса на модули уменьшенных размеров обусловили разработку специалистами холдинга Kontron квадратного конструктива 95×95 мм, получившего название microETXexpress. Модули microETXexpress обладают преимуществом, связанным с пониженным энергопотреблением процессоров нового поколения, которые выделяют меньше тепла и, следовательно, требуют меньшего охлаждения. От модулей «базового» типоразмера изделия в «компактном» конструктиве microETXexpress отличаются лишь физическими размерами; по интерфейсам и назначению контактов модули этих двух форматов абсолютно идентичны и совместимы. Крепежные отверстия у модулей microETXexpress и модулей COM Express в конструктиве «базовый» также совпадают, что делает «базовые» модули COM Express и изделия формата microETXexpress взаимозаменяемыми. Одним из главных событий 2008 г., связанных с технологией COM Express, стало появление COM-модулей с процессорами Intel Atom. В секторе встраиваемых приложений компьютеры-на-модуле, оснащенные процессорами Intel Atom, отлично подходят для модернизации различных небольших x86-совместимых систем, в т.ч. с питанием от батарей, а в особенности тех систем, где требуются комплектующие с минимально низким энергопотреблением. COM-модули на базе ЦП Intel Atom могут использоваться в RFID-сканерах, в оборудовании для курьерских служб, мобильной медицинской технике, децентрализованных промышленных управляющих системах, в мобильных средствах автомобильной диагностики, игровых автоматах, в торговых и информационных терминалах с питанием от солнечных батарей и др. Уменьшение размеров процессоров вкупе со значительным уменьшением их энергопотребления позволило еще больше снизить размеры модулей. Модули COM Express формата «ультра» (у холдинга Kontron такие изделия объединены в продуктовую серию nanoETXexpress), имеющие размеры кредитной карточки (84×55 мм), распространяют сферу влияния стандарта COM Express на те приложения, где ранее применялись модули DIMM-PC, позволяя использовать в этих приложениях хорошо зарекомендовавшие себя методы проектирования печатных плат и перспективные разъемы. Чтобы облегчить переход пользователей на сверхмалогабаритные модули нового типа, изделия nanoETXexpress поддерживают входные напряжения в диапазоне 4,75…14 В. Одним из главных преимуществ модулей nanoETXexpress является то, что, несмотря на свои исключительно малые размеры, они остаются полностью совместимыми с модулями COM Express «базового» формата и с модулями microETXexpress по разъему COM Express Type 1 и назначению его контактов.
Большое значение стандарта COM Express для индустрии COM подтверждается исследованиями рынка. В 2007 г. модули ETX занимали 54% рынка COM, однако в 2010 г. их доля составит лишь 26%. За этот же период продажи модулей COM Express вырастут с 41 до 72% (см. рис. 3).

Рис. 3. Рост продаж COM-модулей с разъемом COM Express Type 1 в млн. долл. (по данным аналитического агентства VDC)

Остальные несколько процентов поделят между собой изделия XTX и DIMM-PC (источник: отчет Merchant Computer Boards for Embedded/Real-Time Applications аналитического агентства VDC Research Group за 2008 г.). Прогнозы говорят также о том, что, несмотря на продолжающуюся миниатюризацию, у стандарта COM Express останется роль отраслевого ориентира. По мнению экспертов агентства VDC, доля COM-модулей, оснащенных разъемом COM Express Type 1, будет увеличиваться на 70% в год и составит в 2010 г. 21% от всего рынка COM. Это означает, что популярность изделий с разъемом COM Express Type 1 (одними из наиболее ярких представителей данной товарной группы являются изделия формата nanoETXexpress) будет расти чрезвычайно быстро. Аналитики агентства VDC считают, что модули с разъемами COM Express Type 1 и COM Express Type 2 займут в сумме около 93% рынка COM, что фактически сделает их «стандартом внутри стандарта». Эксперты VDC рекомендуют разработчикам инвестировать в компьютеры-на-модуле вообще и в изделия COM Express в частности, поскольку на сегодняшний день COM Express является наиболее технически зрелой COM-архитектурой, обеспечивающей самую высокую производительность конечных систем.
Надежность технологии COM Express как объекта инвестиций подтверждается также постоянно увеличивающимся числом новаторских проектов в передовых сегментах на базе модулей COM Express. В настоящее время разрабатываются новые подходы к созданию медицинской техники, благодаря которым такие высокотехнологичные устройства, например, как ультразвуковые сканеры и средства удаленного контроля состояния пациентов могут вскоре стать мобильными. Надежные перспективные изделия типа COM востребованы именно в таких прикладных областях. Идет ли речь о высокопроизводительных графических/мультимедийных приложениях, носимых устройствах, мультивидеоэкранах (digital signage), кассовых аппаратах либо информационных терминалах — повсюду в индустрии встраиваемых систем требуются устройства меньших размеров с большей функциональностью. Существенное упрощение базовой интеграции на уровне плат, обеспечиваемое модулями COM, особенно важно в тех ситуациях, когда разработчики существенно ограничены в сроках. Еще одним фактором, ускоряющим выход на рынок, является использование стандартизованных продуктов.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *