ПРЕСС-ЦЕНТР

Стандарт nanoETXexpress: технология Embedded Technology eXtended продолжает развиваться

ChipNEWS 9/07

Леонид Акиншин

Своей хорошей репутацией на рынке встраиваемых систем холдинг Kontron во многом обязан своей подвижнической деятельности в области стандартизации базовых вычислительных узлов. Такие стандартизованные узлы, называемые «компьютеры-на-модуле» (Computer-On-Module – COM), предназначены для установки на базовую плату, разрабатываемую пользователем с учетом особенностей его прикладных задач. Стандартизация означает, что базовая плата, изначально разработанная для какого-либо одного модуля COM, оказывается совместимой также и с другими модулями, что влечет за собой целый «букет» преимуществ: простота модернизации и масштабирования конечной системы, сокращение цикла разработки, возможность использования существующих инженерных решений в различных проектах и т.д.

Очередным подарком холдинга Kontron рынку встраиваемых систем должна стать новая спецификация nanoETXexpress, расширяющая семейство стандартов ETX, ETXexpress / COM Express и microETXexpress / Compact COM Express. Сохраняя совместимость с ETXexpress и microETXexpress на уровне разъемов для подключения к базовой плате, спецификация nanoETXexpress позволит использовать шину PCI Express в конечных решениях меньших габаритов.

Первое десятилетие индустрии COM

Международный холдинг Kontron, фактически, создал индустрию COM, причем не только и не столько своими высококачественными продуктами, сколько политикой «открытия» спецификаций, по которым эти продукты создаются. К тому, что внутренние спецификации холдинга Kontron превращаются в открытые промышленные стандарты, следуя которым, и разработчики, и пользователи могут сэкономить массу времени, денег и сил, на рынке встраиваемых систем все уже давно привыкли. Первым стандартом на изделия типа COM, а равно и первым COM-стандартом авторства Kontron, стала спецификация DIMM-PC, опубликованная в 1998 г. Впоследствии к ней добавились спецификация E2Brain, определившая требования к миниатюрным вычислительным ядрам на базе RISC-процессоров, и технология ETX, развившаяся к настоящему моменту в целое семейство стандартов: собственно ETX, ETX Express / COM Express, microETXexpress / Compact COM Express, ETX 3.0 и nanoETXexpress. Как можно заключить из названий, главным отличием всех позднейших версий ETX от исходной (за исключением ETX 3.0) является поддержка скоростной шины PCI Express, которая в настоящее время вытесняет параллельный интерфейс PCI из всех традиционных PCI-приложений, включая встраиваемые.

Начало истории Embedded Technology eXtended

Стандарт ETX (Embedded Technology eXtended), опубликованный холдингом Kontron в 2000 году, определяет полнофункциональные мультимедийные компьютеры на платах размерами 95 x 114 мм. По своим боковым габаритам модули ETX близки к изделиям PC/104, однако высота профиля ETX составляет всего 10 мм. Кроме того, по сравнению со спецификацией PC/104 стандарт ETX значительно более полно определяет функциональность процессорного модуля, что сделано с целью гарантировать взаимозаменяемость изделий различных поставщиков (одна из главных задач всякой стандартизации). В стандарте ETX описаны не только шины ISA и PCI, но и все прочие PC-интерфейсы, а также разводка питания..

Все интерфейсы и линии питания ETX выведены в четыре низкопрофильных 100-контактных разъема промышленного класса, служащих для подключения к базовой плате. Типовой модуль ETX оснащен полным набором портов классического ПК, включая видеовыход, аудиоинтерфейсы, порт локальной сети и др. Базовая плата позволяет реализовать дополнительные функции, если таковые необходимы в конкретном приложении. В решениях на базе модулей ETX число внутрисистемных кабелей минимально, что дает ощутимую экономию при серийном производстве.

«Механический» раздел спецификации ETX содержит описание концепции отвода тепла. Каждый модуль оснащен специальной охлаждающей пластиной (cooling plate), целиком покрывающей его поверхность. Обычно эта пластина соединяется с корпусом системы. Это позволяет создавать системы, не имеющие активных охлаждающих элементов и обладающие при этом отличными термальными характеристиками даже при использовании современных высокопроизводительных процессоров.

Весной 2006 года холдинг Kontron анонсировал стандарт ETX 3.0 (Рис.1). Данная спецификация определяет два дополнительных интерфейса Serial ATA на верхней стороне модуля, обеспечивающие поддержку современных накопителей. Разводка основных разъемов ETX при этом никак не меняется, что позволяет модулям ETX 3.0 быть полностью совместимыми с базовыми платами, разработанными под модули ETX предыдущих поколений.

Kontron ETX-CD
Рис.1. Модуль Kontron ETX-CD, удовлетворяющий стандарту ETX 3.0 и построенный на базе двуядерного процессора Intel Core2 Duo. Тактовая частота ЦП составляет 1,5 ГГц, объем ОЗУ достигает 2 Гбайт. В наличии два порта Serial ATA, четыре порта USB 2.0 и все необходимые PC-интерфейсы.

Стандарт ETXexpress / COM Express

Область применимости шины PCI Express не ограничена сегментом ПК и серверов, и инженеры Kontron поняли это одними из первых. Попытки интеграции PCI Express в изделия COM, предпринятые в Kontron еще в 2003 году и нашедшие отражение в спецификации ETXexpress, получили поддержку корпорации Intel и других лидеров отрасли, результатом чего стало образование комитета COM Express под эгидой международного консорциума PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group), курирующего разработку и продвижение различных компьютерных стандартов уровня плат и систем.

Изделия ETXexpress / COM Express – это элита в мире встраиваемых модулей, поскольку они создаются на базе самых передовых технологий и ориентированы на приложения завтрашнего дня (Рис.2). Модули ETXexpress оснащаются быстрыми последовательными интерфейсами PCI Express, Serial ATA, USB 2.0, LVDS и Serial DVO, что позволяет в полной мере раскрыть потенциал современных многоядерных процессоров. Габариты ETXexpress составляют 95 x 125 мм.

Мощный одноплатный компьютер Kontron ETXexpress-MC
Рис.2. Мощный одноплатный компьютер Kontron ETXexpress-MC на базе многоядерного процессора Intel Core2 Duo. Объем быстрого ОЗУ достигает 4 Гбайт, пользователю доступно восемь портов USB 2.0, три канала Serial ATA и другие интерфейсы.

Уменьшение размеров (стандарт microETXexpress / стандарт Compact COM Express)

Идя навстречу пользователям, желающим иметь шину PCI Express на модулях COM меньших размеров, осенью 2005 г. холдинг Kontron анонсировал спецификацию microETXexpress. В рамках работ, ведущихся в консорциуме PICMG по направлению COM, данная инициатива нашла поддержку, и соответствующий стандарт стал называться Compact COM Express.

Стандарт Compact COM Express является производным по отношению к стандарту COM Express консорциума PICMG. Спецификация microETXexpress предусматривает поддержку как шины PCI Express так и шины PCI по принципу «или-или». PCI-вариант адресован тем разработчикам, которые хотят модернизировать свое оборудование, но пока не готовы к отказу от PCI и переходу на новый системный интерфейс. Версия с шиной PCI Express будет оптимальным выбором для новых систем.

Размеры microETXexpress / Compact COM Express составляют 95 x 95 мм, площадь – 90,25 см² (76 процентов от площади ETXexpress / COM Express, которая равна 118,75 см²) (Рис.3, 4). Механически модули меньших габаритов полностью совместимы с полноразмерными изделиями COM Express (их можно устанавливать на те же базовые платы).

Малогабаритный модуль microETXexpress-PM
Рис.3. Малогабаритный модуль microETXexpress-PM, выполненный на базе 1,4-гигагерцового процессора Intel Pentium M. Максимальный объем памяти составляет 1 Гбайт, пользователю доступно шесть портов USB 2.0.

Размеры модулей ETXexpress / COM Express и microETXexpress / Compact COM Express
Рис.4. Размеры модулей ETXexpress / COM Express и microETXexpress / Compact COM Express.

Выводы PCI и PCI Express у модулей microETXexpress располагаются в разных разъемах. Это сделано для того, чтобы при переходе с PCI на PCI Express, а также при совмещении PCI с PCI Express базовая плата претерпевала минимальные изменения. Пользователи, планирующие расширять свои системы в будущем, могут сразу реализовывать на базовых платах интерфейсы PCI Express и Serial ATA. Когда придет время задействовать эти технологии, им останется лишь заменить один процессорный модуль на другой.

Миниатюризация продолжается (спецификация nanoETXexpress)

Спецификация nanoETXexpress, анонсированная в 2007 году, «продолжает дело» microETXexpress по дальнейшей миниатюризации модулей COM с поддержкой PCI Express ценой окончательного отказа от параллельной шины PCI. В контексте эволюции компьютерной отрасли как целого это вполне закономерный шаг: параллельный интерфейс PCI устарел морально и физически еще несколько лет назад, его окончательное исчезновение - дело не самого отдаленного будущего.

Модули nanoETXexpress, таким образом, суть перспективные продукты для перспективных приложений. Площадь nanoETXexpress, имеющего размеры 55 x 84 мм, составляет 39 процентов от площади модуля COM Express базового формата (125 x 95 мм) и 51 процент от площади модуля microETXexpress (95 x 95 мм) (Рис.5). Новый COM-конструктив опирается на стандарт PICMG COM Express и сохраняет полную механическую совместимость с разъемом COM.0 Type 1. Расположение и разводка всех выводов также остались прежними.

Сверхминиатюрный COM-модуль nanoETXexpress
Рис.5. Сверхминиатюрный COM-модуль nanoETXexpress с системной шиной PCI Express, имеющий размеры 95 x 95 мм.

В индустрии COM изделия nanoETXexpress занимают свою собственную, уникальную нишу. Снизу к ним примыкают ультракомпактные, но малопроизводительные модули X-board и DIMM-PC, сверху – высокопроизводительные, но уже достаточно крупные одноплатные компьютеры microETXexpress. Изделия nanoETXexpress позаимствовали лучшие черты и от тех, и от других своих соседей: поддерживая самые современные процессоры и интерфейсы, они остаются вместе с тем одними из самых миниатюрных модулей COM всех времен и народов. Данная совокупность свойств не имеет аналогов ни в продуктовом предложении холдинга Kontron, ни в индустрии COM в целом.

Мощные миниатюрные вычислительные ядра на базе x86-совместимых процессоров с быстрой системной шиной PCI Express востребованы сегодня в разнообразной портативной и мобильной технике. Кроме того, вполне возможно, что само существование таких уникальных изделий приведет к появлению принципиально новых конечных решений, которые ранее было невозможно создать ввиду отсутствия высокопроизводительных комплектующих сверхмалых размеров.

Развитие рынка COM

В настоящее время локомотивом рынка COM является сегмент ETX: на модули, удовлетворяющие как самому этому стандарту, так и его различным производным, приходится около половины всех продаж

За почти 10 лет своего существования индустрия COM успела проделать большой путь. Если по состоянию на 2002 г. объем рынка COM оценивался в 44 млн. долл. (данные аналитического агентства Venture Development Corporation), то уже в 2004 г. продажи модулей COM и соответствующих базовых плат достигли отметки 121 млн. долл., а результаты 2008 г. оцениваются на уровне 515 млн. долл.

Почему разработчики встраиваемых систем покупают изделия COM? Потому что это очень выгодное приобретение. Стандартизованные встраиваемые модули ускоряют выход на рынок, защищают инвестиции в опытно-конструкторские работы, снижают полную стоимость владения существующими системами. Сказанное в полной мере относится к продуктовому семейству ETXexpress холдинга Kontron, которое содержит изделия самых различных габаритов, механически совместимые друг с другом. Клиенты Kontron могут создавать базовые платы, подходящие для встраиваемых модулей сразу четырех типов: nanoETXexpress, microETXexpress с шиной PCI, microETXexpress с шиной PCI Express (стандарт Compact COM Express) и ETXexpress (стандарт COM Express). Системы на основе таких плат будут масштабируемыми как в смысле тактовой частоты процессоров, так и по скорости обмена данными с накопителями (IDE или SATA), а также по пропускной способности внутренней шины (PCI или PCI Express) и производительности сетевых интерфейсов (Fast Ethernet или Gigabit Ethernet). Графические модули UGM (еще одна открытая спецификация авторства Kontron) добавляют к этому списку функциональность видеоадаптера: при желании клиенты Kontron могут легко реализовать в своих COM-системах поддержку самых современных графических алгоритмов.

Сложная медицинская техника, игровые автоматы, разнообразных портативные и мобильные устройства, а также любые другие системы, где требуется модульность, гибкость и короткие циклы разработки вкупе с поддержкой самых передовых вычислительных и коммуникационных технологий – вот неполный список тех прикладных областей, где востребованы стандарты ETX, ETX 3.0, ETXexpress, microETXexpress, nanoETXexpress и UGM.