Les modules processeurs : conçus pour les applications industrielles

Le 01/09/2014 à 14:00  

L'essentiel

Les modules processeurs ou modules COM (Computer-On-Modules) sont des unités centrales intégrées dans un module compact connectable sur une carte porteuse.

Au fil des ans, les modules ne cessent de gagner en performances, en compacité et en frugalité.

Ils sont également capables de fonctionner dans des environnements sévères afin de s'adapter à la diversité des applications industrielles.

Il existe de nombreux standards en vigueur et la bataille fait rage entre l'architecture x86 d'Intel et celle d'ARM.

Banalisés depuis pas loin d'une quinzaine d'années, les modules processeurs ou modules COM ( Computer-On-Module ) reposent sur un concept à la fois simple et ingénieux. Ce concept est basé sur le report, sur un module compact et indépendant, d'une unité centrale complète intégrant processeur, contrôleurs système, mémoire flash et mémoire principale. Ce module vient ensuite se positionner sur une carte porteuse qui, elle, intègre toutes les entrées/sorties et les fonctionnalités spécifiques à l'application visée.Par rapport à une carte unique entièrement personnalisée et dédiée à une application donnée, le concept de module processeur permet aux OEM de se décharger de l'implantation de l'unité centrale sur la carte, implantation qui s'avère de plus en plus complexe compte tenu delasophistica-tion croissante des nouvelles générations de processeurs et qui impose donc un savoir-faire spécifique, notamment en termes de techniques de routage de signaux à très haute fréquence et de CEM. L'intégrateur se focalisera donc sur le développement de la carte porteuse qui accueillera le module COM qu'il aura choisi et qu'il concevra de manière à répondre au mieux à son application. Avec ce que cela peut engendrer en termes de gain de temps de développement et de mise sur le marché du produit final. L'intérêt des intégrateurs à adopter les modules COM est par conséquent d'autant plus fort que les volumes engagés concernent des petites et moyennes séries (jusqu'à 10000 pièces par an) qui ne justifient pas financièrement parlant de se lancer dans le développement de cartes uniques personnalisées. Ce qui cible en particulier les applications telles que l'industriel, le médical, le test et mesure, l'affichage professionnel, les points de vente, etc. « Les OEM ont besoin de blocs de base qui leur permettent une grande liberté de conception et leur apportent la compacité d'une solution entièrement personnalisée, tout en minimisant les dépenses et les risques de développement ; les modules COM adoptent exactement cette approche », souligne Gerhard Szczuka, directeur marketing pour les modules COM du groupe allemand Kontron, numéro un mondial du secteur. Le concept même du module COM présente également un autre avantage de taille : sa capacité à pérenniser l'évolution du produit développé par l'intégrateur, en ayant la possibilité de troquer le module COM qu'il intègre contre un autre module au même format mais doté d'un processeur plus performant, et cela, sans revoir ni modifier le produit en question.Elégant,ingénieux et économique: avec de tels qualificatifs, il n'est pas étonnant que les modules COM rencontrent le succès. Selon Toby Colquhoun, analyste pour les modules embarqués chez IHS, « le marché des modules processeurs a connu une croissance annuelle comprise entre 10 et 15 % au cours des dix dernières années. Kontron et Congatec sont respectivement numéro un et deux mondiaux du secteur mais c'est Congatec qui réalise les meilleures ventes dans la zone Europe, Moyen-Orient,Afrique.»

De nombreux standards en vigueur

Bien que plusieurs fabricants proposent des modules processeurs dans des formats propriétaires, les modules COM sont de plus en plus régis par des standards, qu'ils soient officiels (validés par des organismes de standardisation) ou officieux (non validés par des organismes de standardisation mais appuyés par plusieurs fabricants de modules COM). Ces standards, qui précisent les dimensions des modules COM en question, le type de connecteurs les reliant à la carte porteuse de même que la position de ces connecteurs, ainsi que la répartition des signaux sur les broches des connecteurs, permettent de garantir aux intégrateurs qu'un approvisionnement multisource est disponible avec une interchangeabilité des modules d'un même format auprès de plusieurs fournisseurs.Plus ancien standard lancé sur le marché, c'était au tout début des années 2000,le module ETX affiche des dimensions de 95x114mm, intègrequatreconnecteurs de 100 contacts chacun et supporte les bus ISA, PCI, USB, VGA, LVDS, IDE, Ethernet, audio,etmême SATA bien qu'il faille ajouter dans ce dernier cas un connecteur optionnel. Bien qu'ancien, ce standard atoujours ses adeptes et reste très répandu sur le marché, d'autant qu'une extension de ce format,bap-tisée XTX, lui apermis de passer aux liaisons série àhaut débit (PCI Express, SATA, USB2.0, ExpressCard), chose dont ne peut s'acquitter le format ETX. Mais s'ils résistent bien, les modules ETX et XTX doivent composer avec la déferlante des modules processeurs COM Express qui ont vu le jour au beau milieu des années 2000. L'histoire commence en 2004,lors du salon Embedded World, lorsque Kontron et Intel ont dévoilé ensemble un nouveau type de modules processeurs basés sur la technologie PCI Express. Un an plus tard,le comité de standardisation PICMG ratifie ce standard sous le nom de COM Express Basic. D'un format de 95x125mm et doté d'un ou deux connecteurs de 220 broches (et sept configurations de brochage), ce standard supporte une multitude d'interfaces d'entrées/sorties, peut accueillir plusieurs types de processeurs et figure au catalogue de principaux ténors des modules COM (voir tableau page 42) .Avec l'arrivée des processeurs de faible encombrement et à consommation réduite tels que l'Atom d'Intel, les modules COM Express ont rapidement vu leurs dimensions également fondre comme neige au soleil pour donner naissance à de nouveaux standards, également initiés par Kontron qui, décidément, joue de tout son poids sur ce marché pour imposer sa technologie auprès des organismes de standardisation, et par là même, auprès de ses concurrents. Ainsi, en 2010, le PICMG a-t-il ratifié le format COM Express Compact (format de 95x95mm, un ou deux connecteurs de 220 broches, sept configurations de brochage) en se basant sur les modules processeurs « microETXexpress » de l'allemand sortis dès 2006. Le PICMG a fait de même en 2012 avec le format COM Express Mini plus qu'inspiré des modules «nanoETXexpress» que Kontron avait commercialisés à partir de 2007. Le COM Express Mini fixe un facteur de forme ultracompact de type carte de crédit (55x84mm) et un connecteur unique de 220 contacts et avec deux configurations de brochage.

Dauphin de son compatriote Kontron sur le marché des modules COM, l'allemand Congatec aœuvré pour imposer le standard Qseven sur le marché des modules processeurs basse consommation très compacts équipés des dernières générations de processeurs àcœur x86 d'Intel. Mais grâce àl'arrivée de la déclinaison Qseven 2.0, ce standard s'ouvre également depuis peu àl'écosystème ARM.

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Déjà initiateur des standards de modules processeurs ETX, COM Express Basic, COM Express Compact et COM Express Mini, tous architecturés autour des cœurs x86 d'Intel, l'allemand Kontron, numéro un mondial des modules COM, est également à l'origine de la spécification SMARC (Smart Mobility ARChitecture) qui permet aux modules compacts à ultrabasse consommation d'énergie équipés de processeurs à cœur(s) ARM de disposer enfin d'un standard. Mais Intel a récemment contre-attaqué sur les modules SMARC…

Kontron

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