Философия COMsistent: с технологией com Express — в будущее!

Философия COMsistent:

с технологией COM Express — в будущее!

Джозеф БЕхАммЕр

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

Изделия типа «компьютер на модуле» (Computer-On-Module, COM) существуют уже более десяти 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 (рис. 1). Данный стандарт продолжает служить отправной точкой при создании новых сверхмалогабаритных форм-факторов типа nanoETXexpress и благодаря этому постоянно развивается.

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, и все, что ему остается, — это позаботиться о реализации дополнительной логики и фи-

зических интерфейсов на плате-носителе. В результате этот инженер может полностью посвятить себя прикладной стороне проекта, забыв о его рутинной части. Если ему понадобится большая производительность или меньшее энергопотребление, он может просто заменить один модуль COM на другой, оснащенный более быстрым процессором и/или рассеивающий меньшую мощность. Поскольку поставщик модуля COM фактически уже сделал значительную часть работы по созданию конечной системы, эта система появится на рынке гораздо быстрее, чем при использовании других подходов. Кроме того, благодаря стандартизации, выбирающий технологию COM инженер не привязывает себя к какому-то одному 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 года международный консорциум PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group), объединяющий в своих рядах более 450 компаний, опубликовал спецификацию под названием COM Express. В настоящее время

данный стандарт определяет модули типоразмеров «базовый» и «расширенный» (125x95 и 155x95 мм, соответственно). Ожидается получение официального статуса еще двумя форм-факторами: «компактным» (конструктив microETXexpress, 95x95 мм) и «ультра» (84x55 мм). Модули (рис. 2), реализованные в перечисленных конструктивах, подключаются к базовой плате через один либо через два 220-контактных разъема.

На данный момент 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 сам способ подключения модуля к плате-носителю: в стандарте COM Express краевые соединители типа «гребенка» заменены перспективными штырьковыми разъемами. Это было сделано по причине того, что в крае-

вых соединителях сигнал затухает сильнее, более же 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 лучшие характеристики в плане электромагнитной совместимости (Electro Magnetic Compatibility, EMC).

Стандарт COM Express таит в себе массу преимуществ: конечные продукты на базе модулей COM быстрее появляются на рынке, разработчики имеют возможность адаптировать свои системы под разные требования с минимальными затратами и минимизировать свои риски в долгосрочной перспективе, а сами модули COM реализуются в оптимизированных форм-факторах. При использовании изделий класса COM снижается стоимость жизненного цикла изделий, поскольку одни модули можно легко заменять другими. Кроме того, модули COM обладают длительными жизненными циклами и хорошим потенциалом для расширения своей 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, имеющий размеры 125x95 мм, является, по сути, прямым потомком чрезвычайно популярного конструктива ETX и наследником успеха одноименной технологии. Модули формата ETX продолжают пользоваться огромным спросом и сегодня. На них достаточно места 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 привели специалистов холдинга Kontron к разработке «квадратного» конструктива 95x95 мм, получившего название microETXexpress. Модули microETXexpress выигрывают от уменьшенного энергопотребления процессоров нового поколения, которые выделяют меньше тепла и имеют вследствие этого меньше проблем с охлаждением.

От модулей «базового» типоразмера изделия в «компактном» конструктиве microETXexpress отличаются лишь своими

$61,03

$7,30

2007 2010

Рис. 3. Рост продаж COM-модулей с разъемом COM Express Type 1 в млн долл.

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 года, связанных с технологией COM Express, стало появление COM-модулей с процессорами Intel Atom. В секторе встраиваемых приложений «компьютеры на модуле», оснащенные процессорами Intel Atom, прекрасно подходят для модернизации различных небольших x86-совместимых систем, в том числе с питанием от батарей, а в особенности тех систем, где требуются комплектующие с как можно более 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, мобильных средствах автомобильной диагностики, игровых автоматах, торговых и информационных терминалах с питанием от солнечных батарей и др. Уменьшение размеров процессоров вкупе со значительным уменьшением их энергопотребления позволило значительно уменьшить размеры модулей.

Модули COM Express формата «ультра» (у холдинга Kontron такие изделия объединены в продуктовую серию nanoETXexpress), имеющие размеры кредитной карточки (84x55 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 от 4,75 до 14 В. Одним из главных

преимуществ модулей nanoETXexpress является тот факт, что, несмотря на свои исключительно малые размеры, они остаются полностью совместимыми с модулями COM Express «базового» формата и 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 году модули ETX занимали 54% рынка COM, однако в 2010 г. их доля составит уже лишь 26%. За этот же период продажи модулей COM Express вырастут с 41% до 72% (рис. 3). Несколько оставшихся процентов поделят между собой изделия XTX и DIMM-PC (источник: отчет Merchant Computer Boards for Embedded/RealTime Applications аналитического агентства VDC Research Group за 2008 г.). Прогнозы говорят также о том, что, несмотря на продолжающуюся миниатюризацию, стандарт COM Express продолжит играть 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 особенности, поскольку сегодня COM Express является наиболее технически зрелой COM-архитектурой и обеспечивает при этом 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, например, такие высокотехнологичные устройства, 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, системах типа digital signage, кассовых аппаратах либо информационных терминалах, везде в индустрии встраиваемых систем нужны устройства

меньших размеров с более богатой функциональностью. Существенное упрощение базовой интеграции на уровне плат, обеспечиваемое модулями COM, особенно важно в тех ситуациях, когда разработчики сильно ограничены в сроках. Еще одним фактором, ускоряющим выход на рынок, является использование стандартизованных продуктов.