IPCs: leistungsstarke Hardware für ein weites Einsatzfeld

| Autor / Redakteur: Vanessa Kluge * / Gerd Kucera

IPC-Boards: Mit dem ATX Motherboard IMBA-Q370 lassen sich Hochleistungs-IPC zur industriellen Automation realisieren.
IPC-Boards: Mit dem ATX Motherboard IMBA-Q370 lassen sich Hochleistungs-IPC zur industriellen Automation realisieren. (Bild: ICP Deutschland/IEI)

Ein Paradigmenwechsel in der Fertigungsindustrie durch Techniken wie Internet der Dinge und Industrie 4.0 verlangt nach jeweils geeigneten Industrie-PCs. Der Artikel skizziert vielseitige Industrie-PC-Boards auf Basis der Coffee-Lake-CPU.

Ein Paradigmenwechsel in der fertigenden Industrie durch Trendtechniken wie Internet der Dinge und Industrie 4.0 sorgen für glänzende Aussichten bei den Industrie-PCs. Intensive R&D-Investitionen produzierender Industrien lassen ein überdurchschnittliches Jahreswachstum für IPCs erwarten. Das Marktvolumen von industriell einsetzbaren PCs unterschiedlicher Ausprägung ( beispielsweise Panel-PC/Embedded Panel, Rack Mount, Box/Embedded-Box-DIN-Schiene) mit SSD-Datenspeicher soll weltweit laut Marktforschen (wie IHS oder MarketsAndMarkets) von gut 4, 7 Mrd. $ im Jahr 2022 erreichen. Robotics gehört zu den am schnellsten wachsenden Automatisierungsbereichen und ist dementsprechend interessant für IPC-Hersteller. Gefolgt von den Sektoren Materialhandhabung, Lebensmittel und Getränke sowie Verpackungstechnik, Gebäudeautomation und Logistik.

Kein Board gleicht dem anderen

Die nachfolgend skizzierten CPU-Boards sind im Gegensatz zu herkömmlichen Hauptplatinen der Rechner für Konsum- und Büroanwendungen zum Einsatz in der Industrie optimiert. Für raue Betriebsumgebungen sind Dauerbetrieb, erweiterter Temperaturbereich, Vibrationsbeständigkeit und Langzeitverfügbarkeit entscheidende Leistungsmerkmale. Technische Besonderheiten, die in den einzelnen Applikationen notwendig sind, umfassen beispielsweise serielle Schnittstellen, digitale Ein-/Ausgänge, IPMI-2.0-Unterstützung, LVDS-Schnittstelle und vieles mehr. Somit gleicht keines der hier beschriebenen Boards dem anderen: jedes zeichnet sich durch ganz individuelle Spezifikationen aus, die nachfolgend hinsichtlich Anwendung skizziert werden.

Seit Markteinführung der vierten Generation Core-i-CPUs von Intel sind fünf Jahre vergangen. Eine Vielzahl von Industrie-PCs basieren bis heute noch auf dieser Technologie. Industrie- und Embedded-PCs mit der achten CPU-Generation (Coffee Lake) finden hingegen erst nach und nach in die Anwendung. Das Produkt-Portfolio von ICP Deutschland umfasst eine umfassende Serie an industriellen PCs mit Coffee-Lake-CPU. Sie reicht von Mini-ITX und ATX Motherboards über eine PICMG1.3-CPU-Karte bis hin zu einem modularen Embedded-PC, der headless oder kombiniert mit Display-Kit als Panel-PC nutzbar ist. Was diese Produkte verbindet ist eine Multicore-Architektur mit bis zu sechs Kernen mit hoher Performance. Deutlich wird diese durch verschiedene Benchmark-Tests: Im CPU-Vergleich erzielt die i7-8700T-CPU gegenüber der i7-4770T-CPU eine Leistungssteigerung von 45% bei gleichzeitiger Reduzierung der Abwärme um 28% bzw. 10 W TDP. Der G3D-Mark-Test ergab, dass sich die Grafikleistung der integrierten Grafikkarte Intel-UHD 630 gegenüber der Intel-HD 4600 um 67% höher ist.

Darüber hinaus punkten die Coffee-Lake-Produkte mit Arbeitsspeicher bis 64 GByte, Erweiterungssteckplätze wie M.2 PCIe x4 NVMe oder PCIe x16 der dritten Generation. Ferner besteht die Möglichkeit, Erweiterungskarten für Thunderbolt 3 mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis 40Gb/s einzusetzen. Auch ist die Serie für aktuelle Betriebssysteme ausgelegt. Ein Wechsel zu Coffee Lake ist daher eindeutig mit Vorzügen verbunden. Denn je nach Einsatzgebiet und Anwendung steht die passende Hardware von ICP zur Verfügung.

Für den Schaltschrankeinbau eignet sich der modulare Headless-Embedded-PC FLEX-BX200. Dieser fällt durch ein modulares und kompaktes Design mit vielen Erweiterungsmöglichkeiten auf. Der FLEX-BX200 ist modular aufgebaut, was die flexiblen Ausbaustufen der CPU angeht. Im Gegensatz zur Haswell-Generation können je nach Leistungsbedarf Coffee-Lake-Prozessoren bis Core i9 und das Vierfache an Arbeitsspeicher (bis 64GByte DDR4-RAM) eingesetzt werden. Außerdem bietet der 2HE große Embedded-PC drei modulare Montagearten: den Schaltschrankeinbau, die Wand- oder in Kombination mit einem kompatiblen Display-Kit die Panelmontage. Zwei PCIe x8 und zwei PCIe x4 der dritten Generation sorgen dafür, dass zusätzliche Schnittstellen wie PoE und Thunderbolt3 vorhanden sind. Auch der Anschluss von FPGA- und VPU-basierten Beschleunigungskarten oder externen Grafikkarten im kompakten Format 68 mm x 167 mm ist möglich.

Standardmäßig herausgeführt sind zwei GbE-LAN-, sechs USB-3.0- und zwei RS-232-Schnittstellen sowie ein HDMI-Port. Darüber hinaus lässt sich der FLEX-BX mit vier 2,5-Zoll-SSD (SATA 6Gb/s, hot-swap-fähig) bestücken. Zur Sicherung der Daten hat der FLEX-B200 eine RAID-0/1/5/10-Funktionalität. Im 2U-großen Embedded-PC ist das 250 W starke ATX-Netzteil standardmäßig integriert. Optional kann auch ein 350-W-Netzteil ab Werk verbaut werden. Das thermische Konzept sorgt zudem für einen fehlerfreien Betrieb bei Temperaturen zwischen -20 und +50 °C. Dabei wird überflüssige Abwärme systematisch über temperaturgeregelte Lüfter nach außen abgeführt.

Soll eine Visulisierungslösung für beispielsweise die Gebäude- oder Fabrikautomatisierung zum Einsatz kommen, kann der Industrierechner FLEX-BX um die variable Displayeinheit FLEX-PL-KIT erweitert werden. Das modulare Design von Box-PC und dieser Display-Einheit ermöglicht bis zu 48 verschiedene Kombinationen. Das kapazitive Multi-Touch ist entspiegelt und als vorgefertigtes LCD-Kit in den Größen 15 bis 23,8 Zoll mit einer jeweiligen Auflösung von XGA bis Full-HD erhältlich. Die intern vorbereiteten LVDS-, Inverter- und Touch-Kabeln ermöglichen eine einfache Verkabelung der Display-Einheit. Die zur Anwendung fertig kombinierte Lösung eignet sich für die Panel-Mount-Montage.

Starke Grafikleistung auch für Bildverarbeitung

Steht hingegen die Realisierung von eigenen Boardlevel-Lösungen im Vordergrund, dann hat ICP dafür derzeit drei verschiedene Formfaktoren: Das Mini-ITX-Board namens KINO-DH310 eignet sich beispielsweise für die rechenintensive Bild- und Videoverarbeitung, da Anwendungen dieser Art für die parallele Datenverarbeitung mittels Multi-Core-Prozessoren und das Multi-Threading prädestiniert sind. Ausgestattet mit LGA1151-Sockel sorgen je nach Ausbaustufe der Coffee-Lake-CPU bis zu sechs Kerne und zwölf Threats bei gleichbleibender Verlustleistung von 35 W bzw. 65 W für den entscheidenden „boost“. Die starke Grafikleistung des Mini-ITX-Boards beruht auf der HD-Gen9-Graphics Engine von Intel, die über 16 Ausführungseinheiten im geringen Energiemodus verfügt und DX11.3/12, OpenGL 4.3/4.4/4.5 sowie OpenCL 1.2/2.0/2.1 unterstützt. Als Display-Ausgänge stehen zwei HDMI und ein optionaler interner Display-Kanal mit bis zu 4K-UHD-Auflösung zur Verfügung.

Und mehr noch: Das Mini-ITX-Board hat als zusätzliche Massenspeicher-Erweiterung zwei SATA-6G/s-Schnittstellen und einen M.2-Slot. Der zweite M.2-Slot unterstützt PCIe-x1- und USB-2.0-Signale sowie ein optionales WLAN-Modul. Ein PCIe-x16-Slot bietet eine Übertragungsrate bis zu 16GByte/s und eignet sich aufgrund der Abwärtskompatibilität auch für ältere Erweiterungskarten. Ferner stehen drei Mal USB 3.0, vier Mal USB 2.0, ein Mal RS-422/485 sowie drei RS-232-Interfaces und ein 8-Bit-Digital-I/O zur Verfügung. Das KINO-DH310 ist für einen Spannungseingang von 12VDC und einen Temperaturbereich von 0 bis etwa 60°C ausgelegt.

Mit dem größeren Modell, dem ATX Motherboard IMBA-Q370, lassen sich hingegen Hochleistungs-IPC in der industriellen Automation realisieren. Ein besonderes Highlight sind die zahlreichen Erweiterungssteckplätze des IMBA-Q370, die das kostengünstige Mini-ITX Board nicht bietet. Über je einen PCIex1/x8/x16- und zwei PCIe-x4- sowie zwei PCI-Steckplätze lässt sich diese High-End-Variante flexibel erweitern. Dem Einsatz von zusätzlichen Grafikkarten, PoE oder selbst entwickelten Add-on-Karten, die auf diesen Standards beruhen, sind damit keine Grenzen gesetzt.

Hervorzuheben sind auch die Fülle an weiteren Schnittstellen. Es stehen acht USB 2.0, vier USB 3.0, vier RS-232, zwei RS-232/422/485 sowie ein LPT Port und acht digitale I/O zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem IMBA-Q870-Vorgänger sind drei unabhängige Display-Ausgänge mit einer Auflösung von bis zu 4K-UHD (4096x2304). Hierzu gehören je ein HDMI-, DP++-, VGA- oder interner Display-Port (iDP), der mittels Adaptermodul auf verschiedene I/O wie LVDS, DVI oder DP gewandelt werden kann.

Auch die Datensicherheit steht im Mittelpunkt; es gibt sechs SATA-6Gb/s-Anschlüsse mit RAID-0/1/5/10-Funktionalität, die höheren Datendurchsatz und Redundanz der Massenspeicher ermöglichen. Auch sorgt das integrierte TPM-Modul hardwareseitig für Schutz gegenüber unbefugten Zugriffen. Schließlich lässt sich mittels One-Key-Recovery-Funktion ein Backup des verwendeten Betriebssystems ablegen, das später auf einfache Weise wieder hergestellt werden kann.

Bei der dritten Variante handelt es sich um eine PIGMG-1.3-Slot-CPU-Karte mit sehr hoher Leistung, die als Basis von Workstations, Messsystemen und kompakten PCs nutzbar ist. Charakteristisch für diese PCIE-Q370 ist ihre Design-Flexibilität und Kombinationsvielfalt von Backplanes des PICMG-1.3-Standards. ICP Deutschland bietet hierfür über 25 kompatible Full-Size Backplanes an. Damit sind sehr individuelle und flexible Industrie-PCs möglich, entsprechend der jeweiligen Anwendung.

Ein M.2 M Key Slot dient als erweiterter Massenspeicherplatz für PCIe-x4-basierte NVMe-SSDs. Gegenüber der PCIE-870-i2 (Intels vierte Generation) unterstützt die PCIE-Q370 je vier PCIe- und PCI-Steckplätze mehr. Ähnlich wie beim Modell IMBA-Q370 sorgen sechs SATA-Ports mit RAID-0,1,5,10-Funktionalität und das Trusted-Plattform-Modul 2.0 für zusätzliche Sicherheit bei der Übertragung von sensiblen Sensor- und Maschinendaten. Ferner sind zwei GbE-LAN- (Intel I219LM PHY und I211-AT Controller), vier USB-3.0-, sechs USB-2.0-, eine RS-422/485- und drei RS-232-Schnittstellen herausgeführt. Der erweiterte Temperaturbereich von -20 bis +60 °C ermöglicht den Einsatz im industriellen Umfeld.

Die vielseitige Auswahl an Backplanes, passenden Lüftern, industriellen Speichermedien und Erweiterungskarten ermöglichen den Bau von Ready-To-Use-Systemen nach Kundenwunsch. Hierbei ist die hardware- und softwareseitige Unterstützung durch ICP gegeben.

* Vanessa Kluge ist Produkt-Managerin Industrie-PCs bei ICP Deutschland, Reutlingen.

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