En un mundo cada vez más conectado los sistemas de inteligencia artificial (IA) e Internet de las cosas (IoT) brindan a las empresas una variedad de beneficios, como el intercambio y análisis de datos en tiempo real, automatización y mejoras en toda la organización en eficiencia, productividad y competitividad. Y todos estos avances dependen de pequeños pero cruciales Módulos CPU.
Los módulos CPU proporcionan la potencia informática y la memoria, entre otros, para hacer que los sistemas funcionen, pero también juegan un papel fundamental en el desarrollo de sistemas de IA e IoT. Los sistemas complejos requieren tiempo e inversión para construirse, especialmente si se intentan construir desde cero.
Los módulos brindan a los desarrolladores bloques de construcción precertificados que ahorran tiempo y dinero, y que les permiten llevar los sistemas al mercado más rápidamente. También permiten a los desarrolladores centrar su atención en el proyecto en general, en lugar de tener que volver a diseñar la infraestructura de hardware básica.
La línea de tiempo de la evolución del módulo CPU
En la actualidad, se encuentra disponible una variedad de módulos CPU, adecuados para diferentes aplicaciones en diferentes entornos. Sin embargo, este no siempre ha sido el caso. Este esquema temporal muestra cómo han evolucionado los módulos para mantenerse al día con las demandas de la industria y permitir la computación avanzada en prácticamente cualquier ubicación.
Antes de 2000: PC/104
En 1987, Ampro (ahora ADLINK) ideó PC/104™. El nombre refleja la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA), o bus PC/AT (tecnología avanzada de computadora personal), y los 104 pines en el conector.
El PC/104 fue estandarizado por el Consorcio PC/104 en 1992. La arquitectura de este módulo impulsó la evolución de ISA a PCI, de Ethernet de 10 Mbit a 100 Mbit, de memoria DRAM a SDRAM y 486 a Pentium.
Principios de la década de 2000: EXT y COM Express
Un nuevo siglo marcó el comienzo de la innovación, incluidos los módulos ETX y COM Express.
En 2000, se presentó Embedded Technology eXtended (EXT), una computadora en módulo (COM) altamente integrada y compacta (3,7 x 4,9 pulgadas; 95 x 125 mm). Los ETX COM integran CPU y memoria centrales, y una variedad de opciones de E/S, como serie, paralelo, USB, audio, gráficos y Ethernet. EXT asigna todas las señales de E/S, así como la implementación de bus ISA y PCI, a cuatro conectores de bajo perfil y alta densidad en el módulo.
En abril de 2006, los miembros de ETX Industrial Group, lanzaron ETX 3.0. Esta generación se diferenció principalmente por la adición de puertos SATA adicionales. También evolucionó de PCI a PCIe, a conseguir mayor rendimiento por vatio, nuevas interfaces de pantalla (que incluyen DVI, HDMI y DisplayPort), de SDRAM a DDR y mayores requisitos de ancho de banda.
La década de 2000 también vio la introducción de COM Express en 2003 que fue estandarizado por PCIMG Consortium en 2005.
Ha habido varias iteraciones de COM Express. COM Express Rev. 2 en 2010 incluyó eAPI, seguida de Rev. 2.1 en 2012 y una guía de diseño de placa base Rev. 2 en 2013. COM Express Rev. 3, lanzada en 2017, agregó interfaces y aumentó los buses PCI Express a 32. En 2018, COM Express agregó especificaciones de formato corto y COM Express reforzado.
Los creadores de soluciones pueden usar este factor de forma de computadora en un módulo altamente integrado y compacto como un componente de circuito integrado. COM Express integra CPU central y memoria y asigna señales de E/S comunes a dos conectores de bajo perfil y alta densidad en el módulo.
La década de 2010: QSeven y SMARC
La industria de TI también experimentó un cambio de paradigma en la década de 2000 hacia dispositivos descentralizados, inalámbricos y alimentados por batería para que las empresas pudieran construir sistemas de IoT y otras soluciones que procesan datos más rápidamente y operan de manera más eficiente a medida que aumentan los costos de energía. Además, la industria enfrentó desafíos para cumplir con programas de energía verde más sólidos respaldados por el gobierno, los estándares patentados relacionados con los procesadores ARM y un factor de forma bien definido para ARM y sistemas en chip (SoC) de bajo consumo.
En respuesta a estos cambios y desafíos, surgieron dos nuevos tipos de computadoras en módulos: Qseven® y SMARC™.
Presentados en 2012, los módulos Qseven, basados en procesadores ARM y APU de la serie G de AMD, cuentan con un tamaño compacto (70 x 70 mm), bajo perfil, rentabilidad y acceso a interfaces de alta velocidad que incluyen PCIe, SATA, Gbit, Ethernet y USB. 3.0. Una de las claves para mantener bajos los costes es el conector MXM que conecta el módulo a la placa base y es fiable incluso en condiciones de alta humedad, temperaturas extremas u otros entornos exigentes.
También en 2012, se introdujo Smart Mobility ARChitecture (SMARC), y fue estandarizado por SGeT Consortium en 2013. Considerado el primer y verdaderamente factor global de forma ARM y SOC definido, es compatible con arquitecturas de CPU de potencia ultrabaja de última generación. Utiliza solo un conector periférico MXM3 SMT de 314 pines para conectar todos los buses de señal y alimentación a la placa carrier.
SMARC 2.0, presentado en 2016, cerró la brecha entre Qseven y COM Express, particularmente para aplicaciones IoT, ofreciendo más interfaces que Qseven y soporte para procesadores de menor potencia que COM Express no ofrece.
Entra en la década de 2020 y COM-HPC
Las demandas cambiantes significaron que los creadores de soluciones necesitaban más soluciones integradas, más interfaces para servidores perimetrales y un rendimiento de alta velocidad. La evolución del módulo continuó con la introducción de COM-HPC®. Estos módulos integran CPU central, memoria y E/S, incluidos USB hasta 4.0, audio, PCIe hasta 5.0. Hay dos módulos CPU COM-HPC disponibles para abordar diferentes necesidades:
- Módulo de cliente con voltaje de entrada de rango fijo o amplio
- Módulo de servidor con voltaje de entrada fijo
AI-on-Modules y kits de desarrollo I-Pi de hoy
Hoy, la innovación continúa. ADLINK ha lanzado el primer SMARC rev. 2.1 AI-on-Module (AIoM) que usa el SoC i.MX 8M Plus de NXP para aplicaciones de IA perimetral en 2021. Incluye salida gráfica LVDS/DSI/HDMI, bus CAN dual/USB 2.0/USB 3.0, puertos GbE duales y una interfaz de audio I2S. Su diseño resistente lo convierte en una buena opción para su uso en entornos hostiles e incluye software de aprendizaje automático que habilita modelos como MobileNet SSD, DeepSpeech v1 y redes de segmentación. Habilitar la inteligencia en el perímetro elimina la dependencia de la nube y mantiene los datos dentro de la red empresarial por motivos de cumplimiento, seguridad o privacidad.
Además, los kits de desarrollo I-Pi de ADLINK reúnen lo mejor de todos los módulos de hardware y software para permitir una creación de prototipos y un desarrollo de aplicaciones industriales más rápidos. Permite reemplazar Arduino y Raspberry Pi que los ingenieros usan comúnmente en aplicaciones IoT, pero el kit de desarrollo I-Pi se puede usar en una aplicación industrial después de crear prototipos. El kit de desarrollo I-Pi también protege contra la obsolescencia del hardware, lo que le permite reemplazar los módulos con nuevas versiones, años o incluso décadas, después de la implementación. Además, es compatible con versiones anteriores de estándares de la industria como PICMG COM-HPC, COM Express y SGET SMARC, y el sitio de I-Pi también ofrece soporte en línea.
Hacia dónde va la evolución del módulo
La evolución del módulo no ha terminado. Están surgiendo nuevas opciones, por ejemplo, SOC basados en ARM que utilizan un núcleo IP de semiconductores para una variedad de sistemas de procesadores en chip, como COM-HPC Ampere Altra, que satisfacen las demandas de cargas de trabajo de cómputo intensivo a medida que el mundo digital se vuelve más inteligente y automatizado.
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