Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 18 сентября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

USB и PCI Express: перспективные интерфейсы для встраиваемых систем

В статье рассмотрены особенности популярных интерфейсов PCIe и USB и приложения, в которых они используются. Проводится сравнение характеристик PCIe и USB и обсуждаются те их свойства, которые необходимо учитывать разработчикам при построении оптимальной системы межсоединений во встраиваемых приложениях. Статья представляет собой перевод [1].

Станет ли 2010 г. поворотной точкой для многоядерных СнК?

Прогнозировать тенденции — неблагодарное занятие даже для искушенных экспертов. Но, по крайней мере, одну тенденцию легко проследить: это широкое распространение многоядерных СнК, что связано с несколькими причинами, о чем и пойдет речь в этой статье.

Ключевые направления развития процессорных систем

В статье представлен обзор основных тенденций в области встраиваемых процессорных систем. Рассмотрены перспективные виды энергонезависимой универсальной памяти, новые направления разработки гиперинтегрированных устройств, а также некоторые решения, позволяющие создать глубоко встроенные приложения.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

15 июня

О новизне процессоров Intel Core i3/i5/i7. Часть 1

С точки зрения разработчиков встраиваемых приложений, платформа Intel Core i3/i5/i7 действительно несет с собой новое качество. Выдающиеся базовые эксплуатационные свойства этих ЦП удачно дополняются новыми интегрированными технологиями. Преимущества результирующей комбинации характеристик уже оценили ведущие игроки рынка Embedded, включающие изделия на базе процессоров Intel Core i3/i5/i7 во все основные высокопроизводительные линейки.



Заимствование технологий

Платформа Intel Core i3/i5/i7 интересна и необычна уже тем, что число новых встраиваемых разработок на базе Intel Core i3/i5/i7 грозит затмить все, что мы видели до сих пор, причем произойдет это в самое ближайшее время. Подобное развитие событий предопределено тремя факторами разной степени банальности: 1) ростом рынка ВКТ (встраиваемых компьютерных технологий) в целом; 2) все более масштабным перетеканием технологий из индустрии массовых систем на рынок Embedded и 3) ускорением темпов этого перетекания.

Первый пункт в особых комментариях не нуждается: ясно, что если рынок растет, то растет и число продуктов на нем, особенно в самых бурно развивающихся сегментах. Второй и третий пункты относятся к разряду вещей, лежащих на поверхности, но не очень серьезно анализируемых. Между тем, процесс заимствования технологий с рынка настольных компьютеров, ноутбуков и серверов идет уже не первое десятилетие, и его влияние на индустрию Embedded колоссально. Во встраиваемых решениях давным-давно используются те же самые полупроводниковые компоненты, шины и внешние интерфейсы, что и в десктопах. Каждый новый процессор, появившийся в сегменте ПК, через некоторое время в обязательном порядке начинает устанавливаться и на встраиваемые платы. Индустрия Embedded мало-помалу утрачивает свою технологическую эксклюзивность, причем это явление приобрело необратимый характер, поскольку с течением времени его темпы лишь растут: процессоры i7 отметились на рынке встраиваемых приложений всего через несколько месяцев после их появления в массовом сегменте.

Процессоры Intel Core i3/i5/i7, как и другие популярные решения из индустрии ПК/серверов/ноутбуков, захватывают индустрию встраиваемых приложений только и исключительно потому, что представляют собой недорогие технологии, прошедшие всестороннюю обкатку в миллионах реальных систем. Рынок Embedded охотно принимает подобную комбинацию качеств, поскольку она позволяет экономить деньги и время (т.е., в конечном счете, опять-таки деньги). Если посмотреть на появление процессоров Intel Core i3/i5/i7 в секторе встраиваемых систем под этим углом зрения, можно заметить двойственность ситуации. С одной стороны, для индустрии Embedded это действительно совершенно новые процессоры. Еще никогда прежде в распоряжении разработчиков встраиваемых приложений не было x86-совместимых компонентов с настольно большой производительностью на Ватт потребляемой мощности. Есть основания полагать, что данная особенность платформы Intel Core i3/i5/i7 будет использоваться как для расширения возможностей существующих систем, так и для создания принципиально новых решений, ориентированных на те прикладные области, где ранее микроархитектура x86 могла иметь лишь ограниченное применение. С другой стороны, появление большого числа Embedded-платформ на базе Intel Core i3/i5/i7 есть явление вполне естественное и предсказуемое, поскольку игроки рынка встраиваемых систем проявляют сильную заинтересованность в новых процессорах Intel, а компания Intel не делает секрета из планов по выпуску новых x86-совместимых процессоров. Например, холдинг Kontron, ведущий поставщик встраиваемых компьютерных технологий с годовым оборотом около полумиллиарда евро, уже в начале 2010 г. анонсировал интеграцию ЦП Intel Core i5/i7 в свои основные продуктовые линейки, начиная с изделий типа «компьютер-на-модуле» (Computer-On-Module, COM) и заканчивая платами для перспективных магистрально-модульных систем стандарта VPX. В дальнейшем ЦП нового поколения должны появиться на абсолютно всех аппаратных платформах, где использовались высокопроизводительные x86-совместимые процессоры предыдущих серий, поскольку чипы Intel Core i3/i5/i7 являются официально назначенными преемниками семейства Intel Core 2. Можно с уверенностью утверждать, что в зону ответственности продуктов на базе Intel Core i3/i5/i7 войдут и оборонно-аэрокосмический сектор, и все другие сегменты, где уже используются или вскоре будут использоваться высокопроизводительные x86-совместимые решения. Получается, что, несмотря на свою полную предсказуемость, приход процессоров Intel Core i3/i5/i7 в индустрию встраиваемых систем является все же событием не самым заурядным хотя бы в силу его масштабности.

Интеграция или нанометры?

С архитектурной точки зрения, создав платформу Intel Core i3/i5/i7, инженеры Intel сделали шаг в том же направлении, что и их коллеги из компаний Freescale (www.freescale.com) и AMD (www.amd.com) при разработке топовых моделей своих процессоров. Мы говорим об интеграции в ЦП некоторых ключевых функциональных блоков чипсета, таких как контроллер памяти и видеоподсистема (с недавних пор последняя также воспринимается как часть чипсета). По части мастерства владения данным архитектурным приемом компания Freescale впереди планеты всей: ее новейшие многоядерные процессоры содержат в себе не только контроллеры памяти, но и такие чисто чипсетные функциональные модули как контроллеры PCI Express, Gigabit Ethernet и Serial RapidIO (см. рис. 1).

Рис. 1. Основные функциональные модули в составе флагманского двуядерного процессора Freescale PowerPC MPC8641D. Несмотря на высочайшую степень интеграции, данный ЦП изготавливается по технологическим нормам 65 нм

Встраивать в ЦП графическое ядро инженеры Freescale пока не додумались, но к тому все идет, поскольку общий вектор развития процессорной техники ко все большей степени интеграции просматривается уже достаточно отчетливо. Процессоры Intel Core i3/i5/i7 также следуют данной общеотраслевой тенденции.

Помимо интегрированных контроллеров, к числу реализованных в платформе Intel Core i3/i5/i7 нововведений принято относить технологии Hyper-Threading и Turbo Boost. Однако Hyper-Threading, превращающая одно физическое ядро в два виртуальных (а четыре, соответственно, в восемь), является ровесницей процессоров Pentium 4; с не меньшим, если не с большим, основанием можно считать новаторством увеличившиеся объемы кэш-памяти и возросшую тактовую частоту. Прямое отношение к последнему параметру имеет технология Turbo Boost, действие которой можно охарактеризовать как «динамический разгон»: когда от процессора требуется бóльшая производительность, его частота повышается. Время пребывания в состоянии Turbo Boost конечно и определяется необходимостью соблюдения ограничений по максимальному энергопотреблению, или тепловым пакетом (Thermal Design Power — TDP). Однако методы разгона процессоров, в т.ч. разгона динамического, известны человечеству едва ли не с момента появления самых первых процессоров, и тот факт, что в случае Intel Core i5/i7 соответствующая функция интегрирована в сам ЦП, не дает оснований считать ее инновационной.

Но если вспомнить, что в мире, где мы живем, технологии и архитектуры вторичны по отношению к финансам и маркетингу, что само существование технологий подчинено задаче удовлетворения потребностей пользователей, можно увидеть иную картину. Не так уж интересно пользователю, что именно находится внутри приобретаемого им продукта либо решения, для него гораздо важнее, какие реальные преимущества этот продукт либо это решение могут дать. Если речь идет о процессоре, пользователю в первую очередь необходима информация не об особенностях его внутреннего устройства, а о том, 1) насколько быстро данный процессор сможет перемалывать числа в его задачах; 2) какую мощность он при этом будет потреблять и 3) сколько он будет стоить (на практике список несколько шире, однако для простоты мы ограничимся тремя основными пунктами). И вот здесь-то с процессорами Core i3/i5/i7 корпорации Intel тягаться очень трудно: ЦП из данного семейства являются на сегодняшний день абсолютными лидерами рынка как по общей производительности, так и по производительности на Ватт потребляемой мощности. Добиться таких результатов специалисты Intel смогли и за счет оптимизации архитектуры, и, что более важно, за счет успешного освоения технологических процессов с разрешениями 45 и 32 нм. Делать многоядерные чипы умеет не только компания Intel, однако именно эта компания смогла стать первым производителем, освоившим выпуск серийных полупроводниковых устройств по 32-нм процессу. В данном аспекте конкурентной борьбы компания AMD традиционно выступает в роли догоняющей — 45-нм техпроцесс покорился ей лишь год спустя после того, как он был освоен корпорацией Intel, а первые чипы AMD с разрешением 32 нм появятся аж в 2011 г., когда Intel уже перейдет на следующий, 22-нм техпроцесс (см. рис. 2).

Рис. 2. Временной разрыв между Intel и AMD по переходу на новые технологические процессы достаточно стабилен и составляет приблизительно год

Впрочем, перед результатами, достигнутыми в гонке нанометров компанией Freescale, меркнут даже «достижения» AMD: процессоры марки Freescale, буквально напичканные разнообразнейшими новациями (см. рис. 1), до сих пор не перешагнули даже 65-нм рубеж!

Получается, что новации новациями, а значимость значимостью. Процессоры Intel Core i3/i5/i7 представляют собой, безусловно, явление значимое и знаковое: благодаря им, разработчики встраиваемых систем получают устройства с еще большей производительностью в уже привычном многоядерном формате. В этом смысле появление процессоров Intel Core i3/i5/i7 можно расценить не как революционный скачок в развитии, а как толчок, как придание рынку Embedded дополнительного импульса в его движении по многоядерному вектору.

Новые процессоры на марше

Как мы уже говорили, лидеры рынка ВКТ весьма активно принимают на вооружение процессоры Intel Core i3/i5/i7. Такой известнейший производитель как Kontron уже устанавливает ЦП серии Intel i7 на платы VPX, а также на мезонины AdvancedMC и модули стандарта COM Express. Также на базе процессоров Intel Core i5/i7 холдинг Kontron анонсировал выпуск одноплатных компьютеров в классическом конструктиве CompactPCI, причем ясно, что этим дело не ограничится.

Плата формата VPX 6U (Kontron VX6060)

В силу специфики системного стандарта VPX продукт Kontron VX6060, выполненный в виде VPX-платы удвоенной высоты (6U), рассчитан на использование в требовательных приложениях с параллельной обработкой данных и сигналов. По сравнению со своими предшественницами плата Kontron VX6060 работает вдвое быстрее и выделяет при этом вдвое меньше тепла (см. рис. 3).

Рис. 3. Сверхпроизводительная плата Kontron VX6060, выполненная в форм-факторе VPX 6U, несет на себе два независимых процессора Intel Core i7 с собственными чипсетами и подсистемами памяти

Благодаря двум независимым вычислительным узлам на базе процессоров Intel Core i7 с подключением к мощной коммуникационной инфраструктуре Ethernet/PCI Express, изделие Kontron VX6060 является идеальной строительной единицей для организации интенсивной параллельной обработки данных, в т.ч. в конфигурациях с топологией «полноячеистая сеть». Каждый из двух имеющихся у платы вычислительных узлов образован высокопроизводительным встраиваемым процессором Intel Core i7, в котором уже имеется контроллер памяти и графическое ядро Intel HD Graphics, и чипсетом Intel Platform Controller Hub (PCH) QM57, реализующим поддержку интерфейсов Gigabit Ethernet, Serial ATA, USB 2.0 и PCI Express. При этом Kontron VX6060 подходит для создания защищенных встраиваемых систем, рассчитанных на эксплуатацию в жестких температурных условиях, где ранее применение подобных чипов было неприемлемо в силу ограничений по энергопотреблению и рассеиваемой мощности.

Представители холдинга Kontron относят данную плату к категории встраиваемых компьютерных продуктов высшей производительности (High Performance Embedded Computing, HPEC) и считают, что она и ей подобные будут способствовать отказу от процессоров PowerPC с технологией AltiVec, доминировавших в сегментах радаров, сонаров и систем работы с изображениями на протяжении 10 лет1. По их мнению, подобные Kontron VX6060 изделия смогут дать начало новому классу HPEC-приложений, которые будут опираться исключительно на стандартные технологии: микроархитектуру x86, операционные системы и ОСРВ для микроархитектуры x86 и протоколы TCP/IP. Будучи оснащенной двумя многоядерными высокопроизводительными процессорами, плата Kontron VX6060 подходит для создания защищенных встраиваемых систем, рассчитанных на эксплуатацию в жестких температурных условиях, где ранее применение многоядерных чипов было неприемлемо в силу ограничений по энергопотреблению и рассеиваемой мощности.

Целевыми рынками для Kontron VX6060 являются радары, сонары, системы работы с изображениями, радиолокаторы истребителей и беспилотных летательных аппаратов. Платы Kontron VX6060 очень хороши для использования в кластерных конфигурациях. С другой стороны, в защищенных многодисплейных консолях и других встраиваемых системах один-единственный модуль Kontron VX6060, занимающий лишь один слот объединительной панели VPX 6U, может заменить собой два независимых одноплатных компьютера, при этом сохраняется возможность запуска двух разных ОС на двух процессорах.

Плата Kontron VX6060 доступна в версиях с воздушным и кондуктивным охлаждением, в т.ч. для температурного диапазона –40...85°. Ее программная поддержка включает BSP-пакеты на основе ОС Linux и ОСРВ VxWorks 6 2. Данное изделие подпадает под действие программы долгосрочных поставок холдинга Kontron, которая гарантирует доступность продуктов на протяжении многих лет по окончании их активной рыночной жизни.

Мезонин AdvancedMC одинарной ширины (Kontron AM4020)

Изделие Kontron AM4020 является самым мощным из предлагающихся на рынке процессорных модулей формата AdvancedMC одинарной ширины. Несмотря на свои малые габариты, он адресован наиболее требовательным задачам, решаемым при помощи оборудования MicroTCA и AdvancedTCA. Модуль Kontron AM4020 несет на себе мобильный процессор Intel Mobile Core i7 с тактовой частотой до 2,53 ГГц и является превосходным продуктом для наращивания вычислительных и графических возможностей систем стандартов MicroTCA/AdvancedTCA.

Благодаря применению процессора нового поколения, Kontron AM4020 не имеет аналогов в своем классе. Данный модуль построен на базе чипсета Intel QM 57 Platform Controller Hub (PCH) и в силу своей компактности позволяет получить весьма значительную вычислительную мощь в единице объема. Чрезвычайно высокая производительность продукта Kontron AM4020 делает его подходящим для использования в коммуникационных системах MicroTCA и AdvancedTCA, обеспечивающих поддержку функций IP-телевидения, медиа-серверов и медиа-шлюзов, телеконференций и тестирования проводных сетей. Кроме того, изделие Kontron AM4020 может с успехом применяться в медицинских, аэрокосмических и оборонных приложениях, а также в задачах автоматизации и обеспечения безопасности, предполагающих быструю обработку данных. Модуль Kontron AM4020 удовлетворяет требованиям спецификации MicroTCA.1 к продуктам жесткого исполнения, поддерживает температурный диапазон –40...70°C и рассчитан на эксплуатацию в самых неблагоприятных механических и климатических условиях.

Продукт может оснащаться процессором Intel Core i7 двух версий: Core i7-620LE (тактовая частота 2,0 ГГц, тепловой пакет 25 Вт) и Core i7-610E (тактовая частота 2,53 ГГц, тепловой пакет 35 Вт). Объем кэша L3 в обоих случаях составляет 4 Мбайт, а интегрированный контроллер памяти обеспечивает прямой двухканальный доступ процессора к ОЗУ типа DDR ECC объемом до 8 Гбайт на частоте 1066 МГц. По сравнению с предыдущими процессорными платами формата AdvancedMC, которые строились на базе ЦП Intel Core 2 Duo, новый продукт обеспечивает прирост общей производительности до 100%.

Изделие Kontron AM4020 имеет 8 портов PCI Express x1, которые могут быть сконфигурированы как 2 интерфейса PCI Express x4 либо как 8 одинарных интерфейсов. Кроме того, у модуля есть четыре порта Gigabit Ethernet, два из которых выведены на переднюю панель, а два других — в разъем объединительной панели (спецификация AMC.2), а также 4 интерфейса Serial ATA. Для систем без жестких дисков предусмотрен флеш-накопитель объемом до 32 Гбайт с интерфейсом Serial ATA и надежным винтовым креплением. На передней панели продукта Kontron AM4020 имеются порты DisplayPort и USB 2.0 типа mini. Опциональный последовательный интерфейс может использоваться для организации внешнего управления. Поддерживаются режим «горячей» замены и функции интеллектуального управления IPMI.

Новый AdvancedMC-модуль марки Kontron может работать под управлением операционных систем Windows XP, Windows 7, а также ОСРВ VxWorks 6.8 и различных версий ОС Linux, таких как RedHat 5.3, SUSE 11.2 и Wind River Linux PNE 3.X.

 

Продолжение см. в следующем номере.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Леонид Акиншин, к.ф-м.н.



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты