Das richtige Format für kompakte Industrie-PCs

| Autor / Redakteur: Peter Hoser * / Margit Kuther

Fujitsu-Mainboard D3544-S: Das Industrial-Mainboard im Format Mini-STX ist für kompakte Systeme ausgelegt, die beispielsweise mit Intels Prozessorserie „Gemini Lake" bestückt werden.
Fujitsu-Mainboard D3544-S: Das Industrial-Mainboard im Format Mini-STX ist für kompakte Systeme ausgelegt, die beispielsweise mit Intels Prozessorserie „Gemini Lake" bestückt werden. (Bild: Fujitsu)

Platzsparende Rechner benötigen spezielle Mainboards. Das Problem: Es gibt zahlreiche Formfaktoren. Die Lösung sind Kits, mit denen sich Entwickler zertifizierte Kompakt-IPCs zusammenstellen können.

Der Bedarf an kompakten Rechnern in der Industrie, dem Handel, der Logistik und anderen Branchen steigt kontinuierlich. Nach Angaben des amerikanischen Marktforschungsunternehmens Transparency Market Research betrug im Jahr 2017 der Umsatz mit Panel-PCs in Europa rund 1,3 Mrd. Dollar. Bis 2025 erwarten die Marktexperten in diesem Bereich eine Umsatzzunahme von 10,7% pro Jahr. Beträchtliche Zuwachsraten sind mit jährlich rund 7% auch bei Industrie-PCs und Embedded Industrial-PCs zu erwarten.

Ein Grund ist, dass immer mehr Komponenten in der Industrie und im Konsumgüterbereich vernetzt werden. Das Internet of Things (IoT) ist in vielen Bereichen anzutreffen, von der Werkzeugmaschine über Geräte in der Medizintechnik bis hin zu Fahrzeugen und Smart-Home-Systemen. Im Handel und Dienstleistungssektor kommen wiederum Kiosk- und POS-Systeme (Point of Sale/Point of Service) zum Zuge, etwa Selbstbedienungsterminals.

Kompaktere Mainboards und IPCs sind gefordert

Bislang bestückten Hersteller Indus-trierechner und Embedded-Systeme vor allem mit Mainboards in den Formaten ATX (305 mm × 244 mm), Micro-ATX (244 mm × 244 mm) und Mini-ITX (170 mm × 170 mm). Führende Hersteller wie Fujitsu stellen solche Hauptplatinen in Versionen für unterschiedliche Anforderungen zur Verfügung. Industrielle Mainboards sind für Systeme geeignet, die etwa für einen erweiterten Temperaturbereich und einen Betrieb rund um die Uhr ausgelegt sind. Von Fujitsu zählen hierzu etwa das D3633-S und das D3634-S im Mini-ITX-Format sowie das D3641-S als Mi- cro-ATX-Version und mit dem D3646-S auch ein Modell im klassischen ATX-Formfaktor.

Im Vergleich dazu zeichnen sich Extended-Lifecycle-Boards durch ihre erweiterte Verfügbarkeit für semi-industrielle Anwendungsbereiche aus. In diesem Sektor stellt Fujitsu beispielsweise das D3642-B, D3643-H oder D3644-B mit Micro-ATX bereit. Allerdings haben solche Boards einen Nachteil: Sie eignen sich nur bedingt für besonders kompakte und flache Systeme.

Das gilt speziell für das ATX-Format und dessen Varianten. Derzeit sind kleinere Embedded-Systeme besonders gefragt, vor allem dort, wo Platz Mangelware ist. Einsatzbeispiele aus dem IoT-Bereich sind Gateways und Edge Devices. Ein Edge Device erfasst vor Ort, etwa an einer Fertigungsstraße, Daten von Sensoren und führt eine Vorverarbeitung dieser Informationen durch. Das verkürzt die Reaktionszeiten von IoT-Systemen und entlastet die Server im zentralen Rechenzentrum. Auch Digital-Signage- und Kiosk-Systeme benötigen kompakte inte-grierte Rechner, damit solche Komponenten möglichst wenig Platz in industriellen und semi-industriellen Umgebungen in Anspruch nehmen.

Zu den Mini-Rechnern mit geringem Platzbedarf zählen Intels Systeme der Reihe NUC (Next Unit of Computing), die seit 2012 verfügbar sind. Das NUC ist mit einer Hauptplatine im UCFF-Format (Ultra Compact Form Factor) mit 4 x 4 Zoll (101,6 mm x 101,6 mm) ausgestattet. Dadurch lässt sich der Rechner mit Industrial-PCs (IPCs) vergleichen, die mit Mini-ITX-Boards (170 mm x 170 mm) oder Versionen im Pico-ITX-Format (100 mm x 72 mm) bestückt sind.

Intels Mini-PCs NUC als Industrie-PC

Zu Beginn sprach Intel mit NUC vor allem Nutzer aus dem Konsumbereich an, die beispielsweise einen kompakten Mediaserver oder Desktop-Rechner benötigten. Mittlerweile hat Intel auch Systeme für den Einsatz im semi-industriellen Umfeld vorgestellt. Zudem sind von diversen Anbietern Versionen verfügbar, die als Embedded-Systeme in rauen Umgebungen Verwendungen finden können. Solche NUCs sind beispielsweise mit Gehäusen aus Metall oder Aluminium ausgestattet, die Schutz vor Spritzwasser, Staub und elektromagnetischer Strahlung bieten. Dazu kommen Modelle mit Erweiterungen („Expansion Bays"), die zusätzliche Storage-Komponenten und I/O-Karten aufnehmen können. Dieses wachsende Ökosystem von Gehäusen und Zubehör macht den NUC auch für Nutzer interessant, die einen kompakten Rechner im Embedded-Bereich benötigen.

Hinzu kommt der günstige Preis, der meist unter dem von Tiny PCs liegt. Bei der Preisgestaltung profitiert Intel davon, dass die Rechner mit Prozessoren und Chipsets aus eigener Produktion ausgestattet werden.

Auch ein NUC ist nicht ohne Schwächen

Diesen Vorzügen der NUC-Plattform stehen jedoch einige Schwachpunkte gegenüber. So geht die kompakte Bauform zu Lasten der Anschlussoptionen für externe Geräte. Bildschirme lassen sich beispielsweise nur über Mini-DisplayPort-Stecker anschließen. Fehlende Schnittstellen müssen in Form von Zusatzmodulen bereitgestellt werden, die für den Einsatz in Industrie-PCs spezifiziert wurden.

Die Arbeitsgruppe SDT.03 (Standard Development Team) der Standardization Group for Embedded Technologies (SGeT) hat deshalb im November 2014 die „Embedded NUC“-Spezifikation verabschiedet. In ihr sind die technischen und mechanischen Parameter von NUC-Boards für den Embedded-Bereich festgelegt. Allerdings haben bislang nur wenige Anbieter auf Basis der Spezifikation Komponenten für Industrie- und Embedded-PCs entwickelt. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass das Format von 4 x 4 Zoll viele Einschränkungen mit sich bringt.

So stehen für das NUC nur Dual-Core-Prozessoren zur Verfügung. Diese sind auf der Platine aufgelötet und lassen sich daher nicht austauschen. Solche CPUs kommen normalerweise in mobilen Endgeräten wie Low-End-Notebooks zum Einsatz. Eine höhere Flexibilität würde ein Prozessorsockel bieten, den Nutzer mit CPUs eigener Wahl bestücken können, etwa Versionen mit vier Rechenkernen. Allerdings lassen sich solche Prozessoren wegen ihres TDP-Wertes (Thermal Design Power) von mindestens 35 Watt in einem kompakten NUC-Gehäuse nicht ausreichend kühlen. Dieser Faktor wiegt umso schwerer, da in etlichen Einsatzbereichen in der Industrie lüfterlose IPCs bevorzugt werden.

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