Trends 2007 Formfaktoren und EVA-Appeal

Autor / Redakteur: Norbert Hauser* / Holger Heller

Die technischen Möglichkeiten und die Marktdurchdringung eines Formfaktors werden auch in der Zukunft erfolgsentscheidend bei Embedded-Computer-Technologie sein. Neu sind weiche Faktoren wie die Embedded Value Adds (EVA). Ein Überblick über die Trends in diesen beiden Bereichen.

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ETXexpress-Karte mit Baseboard
ETXexpress-Karte mit Baseboard
( Archiv: Vogel Business Media )

Die technischen Möglichkeiten und die Marktdurchdringung eines Formfaktors waren bislang die entscheidenden Verkaufsargumente für Hersteller von Embedded-Computer-Technologie. Das wird auch weiterhin so bleiben. Hinzu kommen jedoch auch weiche Faktoren wie die Embedded Value Adds (EVA) von Kontron, die es OEMs erleichtern, aus den jeweiligen Komponenten eine runde Gesamtlösung zu entwickeln. Folgende Trends sind für diese beiden Bereiche des Embedded Computings zu erkennen. Will man für 2007 einen Megatrend bei den Formfaktoren im Embedded Computing definieren, dann ist dieser eindeutig im Bereich der PICMG-Spezifikationen zu finden. AdvancedMC (AMC), AdvancedTCA (ATCA) und MircoTCA (µTCA) beschreiben hier den Markt der größten Zuwächse. Daneben ist der PICMG-Standard COM Express bzw. die Kontron-Dachmarke ETXexpress der wachstumsstärkste Markt für Computer-on-Module. Bei den Prozessoren wird die Multicore-Technologie wesentliche Veränderungen herbeiführen, denn bislang verteilte Systeme lassen sich mit unterschiedlichen Betriebssystemen in ein System integrieren, ohne dass beispielsweise das Echtzeitsystem vom bootenden Windows-System gestört wird. Das Wachstumsranking aller Formfaktoren ist aus unserer Sicht in fünf Kategorien unterteilbar: Besonders schnell wachsende Märkte (mehr als 15%), schnell wachsende (5-15 %), moderat wachsende (bis 5%) und stagnierende sowie rückläufige Märkte.

ATCA, AMC, µTCA und ETXexpress/COM Express gehören also zu den Highflighern. Warum? Der Markt der Telekommunikationsinfrastruktur wird auf Standardplattformen umgestellt. Jüngst haben Sun, Nokia und Ericsson dies mit einer Allianz bestärkt. Als modulare und auf Interoparabilität geprüfte Lösung sind die PICMG-Standards ATCA, AMC und µTCA dafür prädestiniert. Darüber hinaus ist das Einsatzgebiet von µTCA nicht nur auf die Telekommunikation beschränkt. Anwendungen, die hohe Bandbreiten und höchste Leistung erfordern, wie industrielle Server, Bildverarbeitung in der Industrie und Medizintechnik sowie Gaming-Anwendungen, sind ebenso ein Zielmarkt.

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Insbesondere der Medical-Bereich mit seinem hohen Kostendruck und die daraus folgende Notwendigkeit, manuelle Prozesse zu automatisieren wird das Wachstum von Embedded-Systemen forcieren. Auch im Bereich der öffentlichen Sicherheit wird die prognostizierte Zunahme von Sicherheits- und Video-Überwachungssystemen den Bedarf an PICMG-konformen Embedded-Computern erhöhen. Diese Entwicklungen werden auch ETXexpress/COM Express beflügeln. Dabei handelt es sich um den ersten PICMG-Standard für COMs auf Basis von PCI und PCIexpress. COMs zielen auf den Markt der bisherigen Full-Custom-Designs und nehmen aufgrund des hohen Kostendrucks bei OEMs eine entscheidende Kostensparfunktion ein, indem die CPU-Core-Entwicklung durch Outsourcing zugekauft wird, bisweilen auch einschließlich einer kundenspezifischen Entwicklung und Fertigung eines entsprechenden Baseboards.

Kostendruck und Automatisierung

Nahezu identisch sieht das Branchenszenario bei den Formfaktoren CompactPCI in 6HE und ETX 3.0 aus. Zwischen 5 und 15% Wachstum erwarten wir in diesem Markt. CompactPCI 6HE ist für den Telekommunikationssektor von besonderem Interesse, hier für bestehende Erweiterungsinvestitionen aufgrund zunehmender Etablierung z.B. von Tripleplay (Telefon, Internet und Fernsehen über DSL). Weitere Märkte sind Medical und Defense. Auch CompactPCI in 3HE zieht in vielen Branchen an, da die Systeme inzwischen kaum teurer sind, als klassische IPC-Technik, dafür aber einen Mehrwert durch robuste Steckertechnologie, Hot-Swap und der Wahl von Front- oder Rear I/O bieten. Eine einfachere, auch nachträgliche Erweiterbarkeit und mehr Flexibilität bei Schnittstellen und Steckkarten inklusive mehrerer CPU-Boards zählen zu den Vorteilen.

ETX 3.0 zielt (ebenso wie ETXexpress) auf den Markt der Full-Custom-Designs. Insbesondere der vermehrte Bedarf nach performanten Low-Power-Designs in Verbindung mit aktueller Schnittstellentechnik ist hier der Wachstumsgrund. Der dritte Standard im Segment der schnell wachsenden Formfaktoren ist Mini-ITX, das alles bietet, was ein Standard-Motherboard heute braucht und dies auf kleinstem, ATX-kompatiblem Formfaktor. Der Trend ist hier Miniaturisierung und höhere Integration der Chipsätze, sodass die meistbenötigten Leistungsmerkmale bereits on Board sind. Viele Erweiterungsoptionen sind deshalb nicht mehr erforderlich. Systeme auf Basis von Mini-ITX bieten Desktop-Performance auf kleinstem Raum und dennoch einen PCI- und PCI-Express-Erweiterungsslot.

Der vierte wachstumsstarke Markt ist der von EPIC Express. Dieser Formfaktor, der sich aus dem PC/104-Umfeld entwickelt hat, wird viele Alt-User auf den nun neuen Formfaktor portieren, was 2007 und in den folgenden Jahren zu entsprechendem Wachstum führen wird. Bis zu 5% moderates Marktwachstum werden klassische EPIC-Motherboards (für PC/104) , PC/104-CPU-Boards, 3,5"-SBCs sowie PICMG-1.x-basierte Slot-Baugruppen und die Motherboard-Formfaktoren MicroATX und FlexATX generieren. Klassische EPIC-Boards bieten neueste Prozessorperformance für PC/104-Erweiterungsbaugruppen, die auf PC/104-Boards nicht genügend Platz finden. PC/104 selbst bleibt im (Ultra-)Low-Power-Bereich interessant und robuste Baugruppen mit erweitertem Temperaturbereich finden hier weiterhin steigende Nachfrage. 3,5" ist die Alternative von PC/104 und im JRex/JFLEX-Gewand bei Kontron der Einstiegs-SBC inklusive kabellosem SMT-Erweiterungskartenkonzept mit externen standardisierten Schnittstellen direkt On-Board eine Alternative zu klassischem PC/104.

Minaturisierung und Erweiterung

Motherboards der Formfaktoren MicroATX und FlexATX stehen hinter miniITX zurück, da der Trend in Richtung Miniaturisierung geht. Dennoch werden auch hier und da noch zwei, drei oder mehr Erweiterungsslots benötigt. Damit bleiben diese Formfaktoren weiterhin gefragt und verzeichnen ein Wachstum. Vorteile der ATX-konformen Motherboards sind die günstigen mechanischen Komponenten, die zumeist vollends aus dem Consumermarkt bezogen werden können. PICMG 1.x wird in der Summe bis zu 5% wachsen. Führend werden dabei die neuen PICMG-1.3-basierten Baugruppen sein. Im Wesentlichen zielen diese Slot-Baugruppen auf extrem kompakt gebaute und flexible Systemlösungen ab, die man mit anderen Formfaktoren nur schwer umsetzen kann und für die auch I/O-Baugruppen aus dem Massenmarkt zum Einsatz kommen können, z.B. für Ethernet, Feldbus, Framegrabber oder Highspeed-Grafik.

Etwas abgeschieden im Bereich des Nullwachstums stehen ATX Motherboards mit vollem Formfaktor. Erklärlich ist das Nullwachstum durch die kleineren kompatiblen Formfaktoren. Dennoch ist ATX besonders attraktiv für Anwender, da das Preisverhältnis im Gegensatz zu sonstigen Embedded-Formfaktoren an dem der kommerziellen Motherboards gemessen wird. Das Gesamtvolumen ist hoch, der Preis entsprechend günstig. Negatives Wachstum werden PCI-, ISA- oder PISA-Slotbaugruppen erzielen. Sie haben den Zenit erreicht und werden nur noch für bestehende Installationen eingesetzt. Neue Designs werden mit ihnen nicht mehr umgesetzt. Gleiches gilt auch für VME.

Neben dem Wettstreit der Embedded-Formfaktoren gewinnen darüber hinaus zunehmend Embedded Value Adds (EVA) an Bedeutung, die über alle Formfaktoren hinweg zum Unterscheidungsmerkmal werden. Man kann sie grob in drei Kategorien unterteilen:

  • Reduzierte Entwicklungszeit und -kosten bei höherer Zuverlässigkeit durch zentrale Core-Entwicklung für viele Formfaktoren,
  • Standardisierung und einheitliches Systemmanagement bei Entwicklung und Betrieb sowie
  • spezifische Anpassungen für vertikale Märkte.

Gerade durch die zunehmende Vielfalt an Formfaktoren erleichtern einheitliche Standards das Board- oder COM-Handling in der Entwicklungsphase und im laufenden Betrieb immens. Weniger Aufwand für die Softwareentwicklung sowie die Portierung von Applikationen über alle Formfaktoren hinweg sorgen für mehr Effizienz. Eine einheitliche Managementstruktur mit identischem Look & Feel vereinfacht Service und Support und senkt die Unterhaltskosten. Erste Value-Adds im Bereich der Single Board Computer und COMs bietet Kontron bereits: Spezielle Anpassungen im BIOS und über die Hardware an TFT-Displays verschiedener Hersteller und Optimierung der Bildqualität bieten echtes Plug & Play für Embedded-Systeme. Auch für mobile Anwendungen stehen getestete Schaltpläne/Entwicklungsplattformen zur Verfügung, um Smart Batteries optimal mit applikationsspezifischen Leistungsmerkmalen in eine Embedded-Lösung zu integrieren.

Speziell im Bereich der vertikalen Märkte bietet Kontron für OEMs zahlreiche Value Adds. Jeder Anwendungsfall, sei es für Telekommunikation, Bahntechnik, Automotive, Medical, Verteidigung & Aerospace und andere Branchen verlangt nach individuellen, zum Teil landesspezifischen Zulassungen bzw. Normen und/oder nach spezifischen Protokollen. Dedizierte Plattformlösungen erfüllen hier bereits wesentliche Anforderungen dieser Märkte und nehmen OEMs die Arbeit ab.

Im Feld der Industrieautomation steht z.B. das Thema „Industrial Ethernet on CPU-Board“ in seinen unterschiedlichsten Ausprägungen an. Ziel ist es, dedizierte Erweiterungskarten für unterschiedlichste Ethernet-Protokolle durch einen Multi-Protokoll-Chip zu ersetzen, um Kosten einzusparen und eine nahezu universelle Verwendbarkeit der Produkte zu erreichen. Mit einer Lösung ist dabei wohl in Kürze zu rechnen. Folgt man diesem Gedankengang, wird es spannend zu beobachten, ob sich beispielsweise µTCA dank seiner Hub-Struktur als attraktive Lösung durchsetzen wird. Wir gehen davon aus. Grundsätzlich sei das Gedankenspiel erlaubt, ob nicht vielleicht völlig neue Formfaktoren einer solchen Infrastruktur folgen könnten. Die Vision einer einfach über Switches oder Hubs erweiterbaren, systemunabhängigen und modularen Computer-Peripherie mit eigener Plug & Run-Intelligenz klingt auf jeden Fall sehr verlockend. Für die Anbieter von Peripheriebaugruppen könnte es sich lohnen, darüber nachzudenken.

Kontron stellt PIGMG-1.3-kompatibles Slot-CPU-Board vor

Kontrons PICMG 1.3-konformes Slot-CPU-Board PCI-960 ist mit Core-2-Duo-Prozessor (bis T7600) und 945G-Chipsatz von Intel bestückt. Diese CPU arbeitet nach ersten Tests im Vergleich zum Core Duo T2600 merkbar schneller und hat trotz höherer Taktfrequenz und doppelt so großem L2 Cache (4 MByte) nur eine marginal höhere Stromaufnahme. Das ist ideal für eng gepackte und damit platzsparende PICMG-1.3-Industrieserver mit hoher Rechenleistung und umfangreicher Schnittstellenausstattung. Genutzt werden die PICMG-1.3-Baugruppen z.B. in Multiprozessorsystemen mit mehreren Servern in lediglich einem Gehäuse. Anwendungen finden sich in der Test- und Messtechnik mit simultaner Datenerfassung und Auswertung, bei der parallelen Verarbeitung mehrerer Video- und/oder Audio-Streams, in der Steuerung und Visualisierung bildgebender Verfahren im Medizinbereich bzw. Medical-Imaging und im weiten Feld der Simulationsapplikationen.

E2Brain und X-board COMs

Die beiden offenen Standards X-board und E2Brain bedürfen einer eigenen Betrachtungsweise, da sie dank RISC-Prozessoren nicht im Wettbewerb der klassischen PC-basierten Formfaktoren stehen. Beide COM-Standards haben mittlerweile eine etablierte Basis an Nutzern und E2Brain erfreut sich seit der Gründung der E2Brain Interest-Group steigender Beliebtheit. Ob der Trend jedoch bei 5 bis 15% oder noch darüber liegt, ist schwer zu beziffern, denn jüngst erhielt Kontron einen Großauftrag für ein X-board-basiertes Design, das rein statistisch zu einem Wachstum von über 100% führen wird. Einzelaufträge mit bisweilen extrem hohen Stückzahlen lassen eine Prognose demnach schwer zu.

Kontron, Tel. +49(0)8165 770

*Norbert Hauser ist Vice President Marketing EMEA bei Kontron in Kaufbeuren.

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