Kontron Kompakte Multiprozessorsysteme

Redakteur: Holger Heller

Letztere gewinnen zunehmend an Bedeutung: Simuliert werden nicht nur Produkteigenschaften (Crash-Simulationen bei der Automobilentwicklung) sondern auch Virtualisierung ganzer Verfahren

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Kiss-six: Bis zu sechs unabhängige CPU-Boards inklusive Festplatten teilen sich ein Netzteil und ein Gehäuse
Kiss-six: Bis zu sechs unabhängige CPU-Boards inklusive Festplatten teilen sich ein Netzteil und ein Gehäuse
( Archiv: Vogel Business Media )

Besonders Platz sparende Multiprozessorsysteme fassen mehrere Server in einem Gehäuse zusammen. Sie sind über die Anzahl der eingesetzten Server beliebig skalierbar, untereinander über Kommunikationsschnittstellen wie Ethernet verbunden und vielseitig einsetzbar: Als High-Performance-Lösung zur Teststeuerung inklusive simultaner Datenerfassung und Auswertung, zur Audio- und Bildverarbeitung mehrerer Streams parallel, für Steuerung und Visualisierung bildgebender Verfahren im Medizinbereich bzw. Medical-Imaging und im weiten Feld der Simulationsapplikationen.

Letztere gewinnen zunehmend an Bedeutung: Simuliert werden nicht nur Produkteigenschaften (Crash-Simulationen bei der Automobilentwicklung) sondern auch Virtualisierung ganzer Verfahren und Produktionsprozesse sind möglich. Experten gehen davon aus, dass in Deutschland zukünftig kein Unternehmen ohne den konsequenten Einsatz von innovativen Simulationsansätzen wettbewerbsfähig bleiben kann. Laut einer Studie des Frauenhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) lässt sich durch Simulation und virtueller Optimierung des Product Lifecycle Management (PLM) die Time-to-Market um bis zu 30% reduzieren. Testing In-the-Loop, die kontinuierliche Überprüfung bereits während der Entwicklung, ist ein weiteres Hilfsmittel für mehr Effizienz und Qualität. Kompakte IPC-Multiprozessorsysteme bieten OEMs die Möglichkeit, Simulationsapplikationen mit standardisierter „Off-the-Shelf“-Hardware kostengünstig zu entwickeln und umzusetzen. Ausgelegt als besonders robuste und langzeitverfügbare Lösungen haben sie darüber hinaus einen weiteren Vorteil: Die „virtuellen Maschinen“ könnten bei Maschinensteuerungssimulationen im realen Betrieb auch für die reale Applikation eingesetzt werden.

Eine von Kontron mit einem solchen System bereits realisierte Applikation ist die Verwendung als High-Performance-Computing-Plattform (HPC) für die Virtualisierung und Simulation mehrerer Roboter im Verbund. Dabei steht jeweils ein Server für einen Roboter. Die Daten bzw. Rechenaufgaben werden von einem dedizierten Server über Switch und Ethernet delegiert. Aufgrund der Simulation lassen sich bereits vor Fertigstellung der realen Anlage Produktionsprozesse bewerten und optimieren. Schwachstellen werden im Vorfeld entdeckt und behoben. Auch Fehlerreaktionen, die in der realen Anwendung unter Umständen zu mechanischen Schäden führen, können anhand der Simulation gefahrlos geprüft werden. Eine reduzierte Time-to-Market, erhöhte Effizienz und damit Kosteneinsparungen schaffen deutliche Marktvorteile. Aber nach der erfolgreichen Applikation muss noch längst nicht Schluss sein: das System lässt sich auch als Soft-SPS für die eben noch simulierten Roboter weiter nutzen.

Auch bei der Ton- und Videobearbeitung leisten IPC-Multiprozessorsysteme gute Dienste. In einer spezifischen Applikation wird ein solches System für die der 3D-Raumklangberechnung genutzt. Dabei gilt es die einzelnen Tonkanäle, von denen beispielsweise bei Multiplex-Kinos mehr als 32 vorhanden sein können, über hochkomplexe Algorithmen so zu modulieren, dass sich am Ende dem Zuhörer völlig neue Klangwelten eröffnen. Load Balancing verteilt die anstehenden Rechenaufgaben gleichmäßig auf die einzelnen Server für eine effiziente Nutzung der Rechenkapazität. Kommen variable Parameter, z,B. von einem Messmikrofon, hinzu, bieten modulare IPC-Multiprozessorsysteme den Vorteil, dass sich einfach Server nachrüsten lassen, um den gewachsenen Performanceansprüchen zu entsprechen und dank der standardisierten Hardware gestaltet sich der Aufwand bei der Softwareanpassung auf ein Minimum. Neue Systeme und Formate, man denke an HDTV, DVB-H, MPEG-4, AAC etc., werden den Bedarf an skalierbarer, langzeitverfügbarer und leistungsfähiger Hardware für Multimediaaufbereitung und Encoding ständig anwachsen lassen.

Rechenperformance wird auch im medizinischen Alltag immer bedeutender. Weiterentwicklungen bei bildgebenden Verfahren ermöglichen zunehmend hochwertige Diagnose- und Therapieverfahren, die letztlich mehr Qualität bieten aber auch nach massiver Rechenleistung verlangen. Die Entwicklungen des neuen Medical-Imagings sind jedoch erst in der Anfangsphase. Und viele Ideen können nicht umgesetzt werden, weil die Rechnertechnik die Performance noch nicht erbringen kann. Aktuelle Arbeitsschwerpunkte liegen z.B. bei der Entwicklung neuer Lösungen für bildgebende Verfahren (z.B. Computer-Tomographie (CT) oder Magnetresonanz-Imaging (MRI)), biometrische Simulation sowie über alle Medizin-Disziplinen hinweg im 3D-Volume-Rendering. Weitere Applikationsmöglichkeiten liegen in der Integration von CT-Steuerung auf der einen Seite und Visualisierung auf der anderen Seite auf einem Multiprozessorsystem. Der Bedarf an mehr Leistung und Flexibilität ist folglich auch in der Medizintechnik noch lange nicht am Ende. Auch hier stellen Multiprozessorsysteme aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit eine zukunftssichere Lösung dar. Gerade im Medical Bereich sind jedoch auch Kriterien abseits der reinen Performance von entscheidender Bedeutung: Der Wunsch nach kompakten Abmessungen, niedrigem Betriebsgeräusch und geringer Temperaturentwicklung kollidiert häufig mit der Forderung nach mehr Rechenleistung.

Kontron bietet für diese Anwendungen nun eine Lösung: das KISS-six, ein kompaktes IPC-Multiprozessorsystem. Bis zu sechs unabhängige, standardisierte CPU-Boards mit Intel-855-GME-Chipsatz auf Basis des ePCI-101 und maximal zwölf 2,5“-Festplatten in einem Gehäuse (Bild 1). Dabei bleiben die KISS-typischen Besonderheiten (hohe Robustheit und leiser Betrieb) erhalten. Die Boards sind bis Pentium M 1,8 GHz und 1 GByte RAM skalierbar. Jedes Board bringt umfassende Peripherie mit sich: für die externe Kommunikation jeweils 2 x Ethernet (10/100), 6 x USB 2.0, 2 x COM und 1 x LPT. Speichermedien werden über jeweils 2 x IDE (UDMA 33/66/100), 2 x Floppy und 1 x Compact Flash (CF) eingebunden. Die Grafikunterstützung Intel Extreme Graphics II ist bereits im Chipset untergebracht.

Ermöglicht wird die kompakte Auslegung des KISS-six durch Intels Centrino-Technologie, die mehr Leistung pro Watt liefert als konventionelle Desktop-CPUs. So versorgt eine einzige integrierte 500-W-ATX-PSU alle sechs „Server“ und bis zu zwölf Festplatten (2,5“) mit Strom (aktuelle Desktopsysteme verfügen über eine 650-W-PSU). Zwei temperaturgeregelte Lüfter reichen für die Kühlung aller Komponenten und halten den Geräuschpegel niedrig. So liegt auch der KISS-six innerhalb der empfohlenen Werte für konzentriertes Arbeiten, von 35 bis 45 dBA und eignet sich damit auch für den Betrieb in geräuschsensitiven Bereichen.

Kernstück des KISS-six ist die Backplane mit acht PCI-Slots. Sie kann mit einem bis sechs passiv gekühlten CPU-Boards bestückt werden. Dabei sind dem ersten Board zwei freie PCI-Slots zugeordnet, die sich zusätzlich mit applikationsspezifischer Hardware bestücken lassen. Die Integration mehrerer CPU-Boards in einem Gehäuse bietet nicht nur Vorteile beim Platzbedarf, sondern auch bei den Kosten und der Bedienbarkeit. Eingeschaltet wir der KISS-six über einen zentralen Schalter. Dieser aktiviert das erste CPU-Board und danach übernimmt die Backplane das kontrollierte Einschalten der weiteren Komponenten. Analog vollzieht sich der Ausschaltvorgang. Den Status zeigt jeweils eine separate Boot-Status-LED an. Das Gehäuse verfügt über eine abschließbare Frontklappe mit IP20-Schutz. Das KISS-six ist, integriert in der KISS-Server-Produktfamilie, als Standardkomponente direkt ab Lager lieferbar oder wird bei Bedarf als kundenspezifisch konfiguriertes System und als in seiner Gesamtheit geprüfte und unabhängig zertifizierte Lösung ausgeliefert.

Kontron

Tel. +49(0)8165 77777

*Günter Dumsky ist Director System and Boards bei Kontron Embedded Computers in Eching.

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