De senaste Intel Core-processorerna har möjliggjort kraftigt ökade prestanda också i mycket kompakta och fläktlösa embeddedlösningar. Martin Danzer, produktchef hos congatec gör här en genomgång av vad som är möjligt att uppnå med olika kylningslösningar.

Den tredje generationens Intel Core-processorer, kända under namnet "Ivy Bridge", minskar inte bara tillverkningsprocessen betydligt, från 32 till 22nm, den använder även ny 3D-teknik med tri-gate-transistorer. Detta möjliggör mindre matriser, vilket leder till minskade tillverkningskostnader och höjer effektutnyttjandet med upp till 25 procent. Den nya integrerade Intel HD4000-grafiken, med 16 i stället för 12 parallella processorkärnor, är 40 procent snabbare och stöder upp till tre oberoende högupplösta displayer.

Nya quad core-processorer
Med quad-core-processorn Core i7-3615QE, med en klockfrekvens på 2.3 GHz i normalläge och upp till 3,3 GHz i turbo-läge, klarar Intel samma 45 W TDP som den föregående generationens modeller. Men ännu viktigare för inbyggda system är Intels quad-core-processor Core i7-3612QE, med endast 35 W TDP, trots den imponerande klockfrekvensen på 2,1 GHz (upp till 3,1 GHz i turboläge). Upp till den här effektnivån är passiv kylning möjlig till rimligt pris med lämplig värmeavledning.

conga-TS77 COM Express-modul med inbyggd, 3:e generationens i7 quad core.

Detta innebär att många applikationer inom medicinska, kommersiella och militära områden, där fläktar är förbjudna på grund av krav på tillförlitlighet, av säkerhetsskäl eller för att uppfylla krav på stöttålighet, nu för första gången kan använda quad-core-processorer. Ett annat exempel på förbättringar är det mycket förbättrade området för ”turbo boost” som nu tillåter ökningar av klockfrekvens på upp till 50 procent (beroende på modell). Många applikationer som inte kräver högsta prestanda vid alla tillfällen kan nu använda processorer med lägre basklockfrekvenser och lägre strömförbrukning.

Kylningsfrågor
För att på bästa sätt kunna utnyttja totala prestanda är det viktigt att ta med i beräkningen att betydligt förminskade matrisytor leder till en allt högre värmedensitet och orsakar allvarliga s k hot spots av instängningsskäl. En intelligent kylningsteknik krävs för att garantera att turbomatningen inte går förlorad till överhettning. För kylning av mindre strömförbrukande och billigare applikationer erbjuder Intel en TDP-lösning, som kan begränsa strömförbrukningen i enlighet med den existerande kylningen.
Andra förbättringar inkluderar on-chip USB 3.0 och support för PCIe 3.0, i synnerhet PEG 3.0 (PCI Express Graphics). Den integrerade Intel HD4000-grafiken med låg strömförbrukning stödjer de senaste standarderna för programvaror. Upp till 50 procent förbättrade prestanda för applikationer som tidigare krävde externa grafiklösningar.

Redan i COM-format
Företag som congatec AG har redan infört den nya generationen av Intel-processorer på sina inbyggda datormoduler. Nya conga-TS77 COM Express Type 6, till exempel, stödjer Intel HD4000-grafiken med avancerade digitala displaygränssnitt, USB 3.0 och PCIe 3.0 bandbredd samt upp till 7 PCI Express lanes plus PEG.

Blockdiagram för congatec COM Express 3rd generation Intel Core-processor

COM Express-modulen kan väljas med någon av de nya quad-core-processorerna Intel Core i7-3612QE (4x 2.1 GHz, 6MB L2 cache, 35W TDP) och Intel Core i7-3615QE (4x 2.3 GHz, 6MB L2 cache, 45W TDP) eller någon av dual-core-processorerna i3, i5 och i7. Ytterligare förbättringar är inbyggt USB 3.0-stöd och upp till 16 GB, 2 kanal DDR3-minne (1600 MHz). Den integrerade Intel HD4000-grafiken stödjer Intel Flexible Display Interface (FDI), DirectX 11, OpenGL 3.1, OpenCL 1.1 liksom MPEG-2-hårdvarukodning för kodning av flera parallella högupplöst video.

Komplett lösning med bärarkort för testning

Förutom VGA och LVDS har modulen tre digitala displaygränssnitt vilka alla kan köras för DisplayPort (DP), HDMI eller DVI. Stöd av upp till tre oberoende displayer kommer väl till pass vid användning av olika applikationer inom medicin, industriautomation och spel. För att USB 3.0 ska kunna köras i den första modulen höjs dataöverföringshastigheten, strömförbrukningen minskas och data kan överföras i båda riktningarna samtidigt. Sammanlagt finns åtta USB-portar, av vilka tre stödjer USB 3.0 SuperSpeed. Sju PCI Express 2.0 lanes, PCI Express Graphics 3.0 (PEG) x16 lanes för externa, högprestandagrafikkort, fyra SATA-portar med upp till 6 Gb/s och RAID-support plus en EIDE och ett Gigabit Ethernet-gränssnitt garanterar snabba och flexibla systemtillägg. Fläktstyrning, LPC-buss för enkel integrering av traditionella I/O-gränssnitt och Intel High Definition audio-gränssnitt är ytterligare funktioner.

Komponenter i congatecs kylningsledningar

Skalbara
Vad gäller strömförbrukning och databearbetning erbjuder den nya generationen av Ivy Bridge-processorer en ännu större skalbarhet än sina föregångare. För första gången är nu quad-coreprocessorer en lösning för fläktfri drift och den nya Intel HD4000-grafiken öppnar vägen för helt nya applikationer, tack vare tre helt oberoende HD-kompatibla digitala displaygränssnitt. De senaste standarderna, t ex OpenGL 3.1, OpenCL 1.1 och Microsofts DirectX 11 stöds. Framtida dual-core-processorer kommer att ha klockfrekvenser från 1.6 GHz till 2.7 GHz (med turbo-boost på upp till 3.4 GHz) med TDPs från 17 W till 35 W för de olika versionerna i3 till i7, vilket gör en uppgradering av äldre processorer ännu intressantare. Baserad på congatecs patentsökta nya värmeledningsteknik, är kyllösningen till conga-TS77 optimerad för de nya quad-core- och dual-core-processorerna i versionerna luftkyld eller värmeledande. congatec erbjuder även ett lämpligt bärarkort för COM Express Type 6 för att programutvecklare snabbt ska kunna testa redan existerande applikationers nya funktioner.

Effektivare kylning
Förbättrad kylning via kylningsledningar och integrerad med standardiserade värmespridare för COM Express-specifikationen ger lägre drifttemperaturer. Det krävs för en utökad användning av tekniken turbo boost 2 som garanterar maximala COM-prestanda och energibesparing. Därmed kan processorn köra över högsta tillåtna angivna TDP. Uppenbara fördelar med det är:
* Snabb punktkylning för full prestanda
* Eliminering av fyllnadsmaterial
* Eliminering av mekanisk påfrestning leder till förhöjd kvalitet
* Förbättrad kylning förlänger modulens livstid
* Värmeledningsprincipen möjliggör innovativa och kundspecifika kylningslösningar
Den nya värmeledningsdesignen för kylning finns i flera varianter: som en passiv, en aktiv och en kundspecifik lösning som öppnar rum för innovativa idéer. Värmeledningen kan till exempel utformas på så sätt att den kan anslutas till en kundspecifik värmeavledning. Fläktfria lösningar kräver att höljet är utrustat med kylflänsar av lämplig dimension. I slutändan beror utformningen på användningsområdet. Konceptets huvudfunktioner är tillämpbara på andra elektroniska kretsar enligt samma principer.

Vy under- och uppifrån , samt passiv och aktiv version av congatecs kylledningslösning.

Den nya kylningen passar även för system med låg effektförlust. Modulerna har en högre värmereserv, vilket leder till höjd livslängd och pålitlighet. Medeltemperaturminskningar på endast 15 grader kan fördubbla den statistiska livslängden – ett starkt argument när man beräknar systemets sammanlagda kostnad under hela dess livslängd.
Martin Danzer, produktchef, congatec

Filed under: Embedded