Intelin Core-prosessorien 11. sukupolvi, joka tunnetaan koodinimellä Tiger Lake, on nyt saatavana COM-HPC-kortin A-koossa ja COM Express Compact -moduuleissa. Mitä uutta Tiger Lake tuo sulautettuihin sovelluksiin?

Sulautetun ja reunalaskennan markkinat himoavat parempaa suorituskykyä niille annetuissa lämpöbudjeteissa. Kaikki suorituskyvyn lisäykset, jotka voidaan saavuttaa ilman aktiivista prosessorin tuuletinta, ovat tervetulleita. 11. sukupolven Intel Core -prosessorien pienitehoiset ja suuritiheyksiset versiot (eli Tiger Lake -piirit) valloittavat nopeasti sulautetut markkinat ja niistä tulee uusi ilman tuulentina toimivan sulautetun laskennan lippulaiva. Tähän on 11 hyvää syytä.

1. Uusin on aina paras

Ensimmäinen ja ehkä tärkein syy luottaa 11. sukupolven pienitehoisiin ja tiheisiin prosessoreihin on se, että loppuasiakkaat haluavat aina uusimman. Vaikka he eivät pystykään hyödyntämään parannuksia täysimääräisesti, he haluavat silti olla varmoja siitä, että ovat valinneet markkinoiden parhaan saatavilla olevan ratkaisun.

Tehokkain tapa vastata tähän asiakkaan odotukseen - joka ei perustu teknisiin tosiseikkoihin, vaan enemmän tunteisiin - on käyttää Computer-on-Module -moduuleja. Pääsääntöisesti ne eivät vaadi ylimääräistä suunnitteluponnistusta laitteistopuolella ja tarjoavat lukuisia muita etuja. Näitä on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1: COM- ja kantakorttisuunnittelut tarjoavat lukuisia etuja täysin customoitouihin suunnitteluihin verrattuna. Uusien prosessorien, kuten Intelin 11. polven Core-prosessorien kohdalla, suurin hyöty tulee siitä, että suunnittelut saa hyvin nopeasti markkinoille.

2. Suorittimien suorituskyky on kasvanut huomattavasti

Toinen syy on merkittävä suorituskyvyn kasvu. Jopa neljän ytimen ansiosta 11. polven Core UP3 -suorittimet parantavat suorituskykyä jopa 23 prosenttia yksisäikeisissä sovelluksissa ja 19 prosenttia monisäikeisissä sovelluksissa 8. sukupolven sulautettuihin Intel Core -prosessoreihin verrattuna 11. polven SuperFin-prosessin ansiosta. Tämä 10 nanometrin tekniikka tarjoaa suuremman tiheyden ja pienemmän virrankulutuksen samalla suorituskyvyllä tai suuremman suorituskyvyn samalla TDP-budjetilla. Molemmat puolet ovat avainasemassa sulautetuissa sovelluksissa. Vertailun vuoksi uudet suunnittelut, joita on saatavana 12, 15 ja 28 watin versioina, tuovat käyttäjille huomattavan lisäyksen suorituskykyyn.

Intel on myös ottanut käyttöön uuden L1-välimuistin suorituskyvyn parantamiseksi edelleen. Se vähentää merkittävästi viiveitä datahakujen (access) aikana ja vähentää L2-välimuistin kuormitusta, jonka koko on kasvatettu 256 kilotavusta ydintä kohti 1,25 megatavuun. L3-välimuistiin on tuotu 50 prosenttia enemmän kapasiteettia (12 megatavua). Tämä nopeuttaa huomattavasti GPU:n kanssa jaetun RAM-muistin käyttöä, mikä tuo meidät kolmanteen hyvää syyhyn valita Intelin uusi SoC – nimittäin GPU-prosessori.

3. Kolme kertaa parempi grafiikan suorituskyky

11. sukupolven Intel Core -prosessorijärjestelmä sisältää myös uuden Intel-grafiikan. Paljon on muuttunut. GPU-arkkitehtuuri, jota Intel kutsuu nimellä Iris Xe Graphics, hyötyy nyt myös 10 nanometrin valmistusprosessista. Tämä on johtanut kotelotiheyden 50 prosentin kasvuun. Tämän ansiosta samaan tilaan voidaan toteuttaa kaksinkertainen liukulukulaskentateho (FLOPs). Samalla kulutusta yhtä liukulukuoperaatiota kohti on vähentynyt Gen 11 -polven grafiikkaan verrattuna.

Prosessorista riippuen Intel Iris Xe -grafiikka tuo käyttöön 48-96 suoritusyksikköä (EU). Tämän avulla kehittäjät hyötyvät 2,95-kertaisesta suorituskyvyn kasvusta 8. polven sulautettuihin Core-prosessoreihin verrattuna.

4. Neljännen sukupolven PCI Express laittaa kaasun pohjaan

Monille kehittäjille 4. PCI Express -sukupolven tuki on todennäköisesti vielä tärkeämpi syy kuin suorittimen ja näytönohjaimen parannukset. 11. Core-sukupolvi tarjoaa ensimmäiset sulautetut x86-prosessorit, joissa on natiivi PCIe Gen 4.0 -tuki. PCIe Gen 4.0 mahdollistaa 2048 megatavun siirtämisen sekunnissa linjaa ja suuntaa kohden. Koska PCIe on full-duplex-yhteensopiva, yhteensä 4096 Mt / s voidaan siirtää, kun lisätään paluukanava mukaan.

Kellotaajuus on kaksinkertaistunut PCIe 3.0: 8,0 gigahertsistä 16 gigahertsiin. Tällä lisäyksellä on merkittävä vaikutus järjestelmän suunnitteluun, koska tuo kantakortin kehittäjille uusia haasteita, erityisesti signaalien vaatimustenmukaisuuden suhteen.

5. USB4 - ihmease nopeaan plug & play -liittämiseen

11. sukupolven Intel Core -prosessorit tarjoavat PCIe Gen 4.0:n lisäksi toisen erittäin innovatiivisen ja tehokkaan liitännän, joka on viides hyvä syy valita uudet Core-prosessorit. Kyse on USB4:sta. Tämä uusi liitäntä perustuu Intel Thunderbolt 4 -protokollaan, joten ei ole yllättävää, että Intel puhuu prosessoriin integroidusta Thunderboltista USB4-tuella.

Jokainen Thunderbolt-portti tarjoaa neljä PCIe Gen 3.0 -kaistaa, joiden tiedonsiirtonopeus on 32 gigabittiä tai 4096 megatavua sekunnissa kumpaankin suuntaan. Lisäksi kaksi näistä porteista voi siirtää DisplayPort-signaaleja 1x8k- tai 4x4k-videosignaaleille 10-bittisellä värisyvyydellä ja 60 hertsin virkistystaajuudella.

6. Lisää reaaliaikaista reaaliajassa

Suoritinten, grafiikkasuoritinten ja keskeisten liitäntöjen suorituskyvyn kasvua täydentää joukko ominaisuuksia, jotka laajentavat merkittävästi uuden 11. sukupolven sovellusmahdollisuuksia. Erityisen hyvä esimerkki on kattavampi reaaliaikainen prosessorituki IIoT / Teollisuus 4.0 -sovelluksille. Vaikka kaikki uudet prosessorit eivät tue ECC-virheenkorjausta, jotkut ovat integroineet tämän ominaisuuden tukemaan kaistan sisäisiä virheiden korjauksia kriittisissä reaaliaikaisissa laskentasovelluksissa. Kaistan sisäinen virheenkorjauskoodi (IBECC) tarjoaa yhden virheenkorjauksen, kun taas kaksoisvirheentunnistus (SECDED) tarjotaan 64-tavuisella välimuistirivitasolla.

TSN (Time Sensitite Networking), joka mahdollistaa nyt myös kosketettavat Internet-sovellukset IP:n yli, on toinen houkutteleva uusi ominaisuus. 11. Core-sukupolvi tarjoaa integroidut MAC:t, jotka tukevat TSN:ää 1 GbE- ja 2,5 GbE -porttien kautta. Toinen innovatiivinen ominaisuus on Intelin uusi aikaohjattu laskentatekniikka (TCC, time coordinated computing), joka sovittaa Intel IP:een pohjautuvan TSN Ethernet -standardin myös kohti I/O-toimintoja latenssin vähentämiseksi ja värinän minimoimiseksi synkronisissa prosesseissa.

7. Laitteistoon upotettu virtualisointituki

Reaaliaikainen moniajo on tärkeä vaatimus IoT:lle ja edge-laitteille, jotka 11. Core-sukupolvi kohtaa laitteistopohjaisella virtualisointituella. Tämä on houkutteleva lisäys reaaliaikaisille hypervisor-teknologioille, kuten congatecin tarjoamalle RTS-hypervisorille. Se integroituu saumattomasti 11. sukupolven Intel Core -suorittimien laitteisto-ominaisuuksiin kriittisten reaaliaikaisten sovellusten ajamiseksi - ilman ylimääräistä viivettä - rinnakkain muiden monikäyttöisten käyttöjärjestelmien, kuten Linux ja Windows, kanssa. 11. Core -suoritinsukupolvi tukee tähän tarkoitukseen SR-IOV-tekniikkaa (single root I/O virtualization).

8. Konenäkö ja tekoäly

Konenäöstä ja oppimisesta tulee entistä nopeampaa, tehokkaampaa ja helpompaa toteuttaa uudella Intel Core -arkkitehtuurilla. Nopeammaksi jo siksi, että käytössä on huomattavasti enemmän grafiikkasuoritusyksiköitä. Tekoäly ja syväoppimisen päättely suoritetaan myös huomattavasti nopeammin 11. sukupolven Intel Core -prosessoreilla. Tämä johtuu siitä, että uudet prosessorit tukevat erittäin tehokasta AVX-512-käskysarjaa tehokkaille 512-bittisille vektorioperaatioille. VNNI-vektori-lisätuen ansiosta AVX 512 -käskykantaan on saatavana neljä uutta käskyä (VPDPBUSD/S INT8- ja VPDPWSSD/S INT16 -laskentaan). VNNI yhdistää kolme käskyä yhdeksi, ja INT8-operaatiot nopeutuvat massiivisesti 128:een suoritukseen kelloa ja ydintä kohti.

9. Parempi varoa kuin katua

IIoT-verkkojen reunalle liitetyt laitteet eivät ole valmiita ilman tehokkaita tietoturvaominaisuuksia. Ihannetapauksessa perustukset on jo kiinnitetty laitteistoon. Kolme tärkeintä todella uutta laitteistopohjaista turvatoimenpidettä ovat: kokonaismuistin salaus (TME), ohjauksen valvonta (CET) ja avainlokero. Ne auttavat suojaamaan järjestelmiä ja järjestelmätietoja laitteisto- ja verkkohyökkäysten tai fyysisten varkauksien yhteydessä.

• Kokonaismuistin salaus (Total memory encryption): TME käyttää laitteistopohjaista, erittäin turvallista AES XTS -salausmoottoria, joka sijaitsee suoraan prosessorin ja ulkoisen muistiväylän välisellä datapolulla. Tämä mahdollistaa kaiken järjestelmäpiirille saapuvan ja lähtevän datan salauksen purkamisen ja salaamisen.
• Ohjausprosessin valvonta (Control-flow enforcement): Noin 90% kaikista ohjelmistopohjaisista hyökkäyksistä käyttää tekniikoita, kuten paluuorientoitunut ohjelmointia (ROP) tai hyppysuuntautunutta ohjelmointia (JOP) tietojen keräämiseksi selainten tai haittaohjelmien kautta. CET tarjoaa kaksi suojaustoimintoa estääkseen tämän. Ensinnäkin CET tunnistaa ja estää haitallisen koodin suorittamisen aiheuttaman tietovirran. Toiseksi CET havaitsee ja estää haitalliset epäsuorat hyppykutsut tai hyppysuuntautuneen ohjelmoinnin suoritetussa ohjelmistossa.
• Avainlokero: Tämä laitteistopohjainen mikrokäsittelijä suojaa salausavaimet uudella AES-NI -komennolla ”ENCODEKEY” ja tarjoaa nopeamman salauksen ja salauksen purkamisen kuin aiemmin saatavilla olevat tekniikat. Tiedot voidaan purkaa vain avainlokerolla ja sovellusavaimella.

10. Teollinen ja esineiden internet

Kymmenes syy 11. sukupolven Intel Core -prosessoreille on ehdottoman keskeinen useimpien sulautettujen sovellusten kannalta. Se koskee teolliseen (0-100 °C) ja laajennettua lämpötila-aluetta. Suunnittelusta riippuen 11. Core-sukupolvi tukee lämpötiloja välillä -40…+ 100 °C, mikä mahdollistaa ulkotilasovellukset ja palvelee mahdollisimman monenlaisia sovelluksia. Toinen sulautettuihin erottamattomasti liittyvä ominaisuus on prosessoreiden pitkäaikainen tuki, ja Intel lupaa tällä hetkellä uusille Core-prosessoreille 15 vuoden saatavuutta.

11. Hajautettujen sovellusten hallintajärjestelmä

Listan viimeinen ja samalla 11. syy valita uusimman polven Core-prosessorit löytyy edistyneemmistä etähallintatoiminnoista, jotka tulevat saataville uusien congatec-moduulien lanseeraamisen myötä. Congatec tarjoaa omat rajapinnatt ja piirinhallintaohjaimen, jotka voidaan integroida kantakortille. Tätä toimintoa täydentävät integroidut Intel vPro -toiminnot, jotka mahdollistavat päästä-päähän -hallinnan myös kaistan ulkopuolella (out-of-band).

COM-HPC- ja COM Express -prosessorikokoonpanot

Congatec tarjoaa nyt kaikki nämä vakuuttavat ominaisuudet uusille Intel Core i7-, i5- ja i3-prosessoreille kahdella houkuttelevassa formaatissa: COM-HPC Size A ja COM Express Compact. Congatec tukee kaikkia keskeisiä teollisuus- ja sulautettuja prosessorivaihtoehtoja. Kaikki ovat BGA-koteloituja ja yhteensopivia kaupallisten emolevyjen kanssa. Kätevä on myös konfiguroitava 12, 15 - 28 watin lämpöbudjetti, joka sallii tiukkojen lämpörajojen noudattamisen hyvin vähäisellä konfiguroinnilla.