Für Gehäuse- und Backplanespezialisten wie nVent Schroff sind CPU-Baugruppen selten ein Fokus. Jedoch sind sie Experten, wenn es darum geht, Highspeed-Schnittstellen wie PCI Express oder auch 25 GbE über längere Strecken zu routen. Dieses Hintergrundwissen ermöglicht es nVent, auch kundenspezifische Carrierboard-Designs zu entwickeln, die die CPU über Computer-on-Modules intergieren. Bei dem Design des Carrierboards liegt der Schwerpunkt darauf, die Schnittstellen per High-Speed Links an das COM-Modul anzuschließen. Durch den Einsatz von Computer-on-Modules war es nVent Schroff deshalb auch leicht, den Bedarf seiner PXI Express Kunden zu adressieren, deutlich flachere Baugruppen für den Systemcontroller bereitzustellen, als sie bislang auf dem Markt verfügbar waren. 

Andere Märkte, andere Sitten

Für Backplane-Systeme, die vom Aufbau her mit PXI vergleichbar sind, wie VPX, VME oder CompactPCI Serial, gibt es keinen Mangel an flach-bauenden Systemcontrollern, denn die CPU-Baugruppenhersteller, die sich auf die Anwendungsfelder konzentrieren, adressieren ihn regelmäßig. PXI Express ist jedoch strukturell anders aufgestellt. Experten für PXI sind Experten für Test und Messsysteme. Ihre Schwerpunkte sind vor allem die Test-Software und die vielfältigen I/Os. Die zentralen Controllerbaugruppen sind eher Mittel zum Zweck. Daher nutzen sie häufig einfach ein Notebook oder einen Desktop-PC, den sie an das PXI-Express-Messsystem anschließen, das lediglich Erweiterungskarten beherbergt. Oder sie legen den Controller als PXI-Baugruppe direkt so umfangreich aus, dass er quasi alle Bedürfnisse erfüllt und häufig sogar übererfüllt. 3HE CPU-Baugruppen für PXI sind deshalb in der Regel eher 8 oder 12 TE breit, während sie für VPX, VME oder CompactPCI Serial auch in schmalen 4 TE verfügbar sind.

Weniger ist oft mehr

Viele Unternehmen nutzen bewusst solche umfangreichen Controller in 8 oder 12 TE, weil sie möglichst viele Anwendungsfälle abdecken können. Das funktioniert allerdings nur so lange, wie Platz keine kritische Anforderung ist. Oder so lange die Stückzahlen pro dediziert zusammengestellten Messsystem nicht so groß sind, dass auf jedes Bauelement geschaut werden muss, um Geld zu sparen. Es gibt aber viele Applikationen, wo Platz rar ist. Beispielsweise
solche, bei denen die Baugruppen besonders flach bauen müssen, weil das System selbst nur 1HE oder 2 HE hoch werden soll. Typische Anwendungsfälle solcher platzsparenden Systeme finden sich im Automotive-Bereich, wo die Systeme in Prototypen installiert werden, damit die Entwickler ihre neuen Radar-, Lidar- und sonstige optische Sensoren testen können, die für Autonomes Fahren gebraucht werden. In solchen Systemen müssen möglichst viele TE gespart werden, da die Breite der Baugruppe die Höhe des Systems bestimmt, weil sie nicht vertikal sondern horizontal verbaut wird.

Platzsparen ist angesagt

Auch bei Systemen mit 8 Slot 3HE ist Platz rar. CPU-Baugruppen mit 8 bis 12 TE blockieren schnell zwei bis drei Slots, sodass das System entweder breiter werden muss oder nur wenige Slots zur Erweiterung zur Verfügung stehen, was für so manche Test- und Messaufgaben nicht hinreichend ist. Wünschenswert ist es deshalb oft mehr I/Os auf kleinem Raum unterbringen zu können, um nicht doppelstöckig bauen zu müssen und so weiteren Platz im Rack zu belegen. Oft helfen sich Anwender hier mit einem Workaround und bauen Adapterkarten ein. Diese führen PCI-Express-Lanes nach außen, sodass man über externe Standard-Kabel dann auch ein ganz normales Notebook oder ein Desktop-PC anschließen kann.

Mit COM und Carrier zum Ziel

Zur Lösung dieses Platzproblems hat nVent in Zusammenarbeit mit Congatec einen 3HE-160-mm-PXI-Carrier für COM-Express-Compact-Module entwickelt. Er wurde in einem ersten Schritt für das Conga-TC175 optimiert, um einen leistungsfähigen und kompakten Controller basierend auf der 7. Generation der Intel-Core-Prozessoren zu realisieren. Zur Backplane hin wurden nur die für den PXI-Express-Systemaufbau erforderlichen PCIe Lanes geführt. Auf dem Frontpanel bietet die schlanke Plattform lediglich Displayport zur Displayanbindung, drei USB-Schnittstellen, zwei Ethernet Schnittstellen und mit einem M.2 Slot für schnelle SSDs ist das Featureset dann auch schon abgeschlossen, sodass nVent dadurch einen extrem schlanken aber leistungsfähigen PXI-SBC schaffen konnte, der sich voll auf die Kernfunktionen konzentriert, die für eine zentrale CPU-Einheit in einem PXI-System gebraucht werden. Dank des modularen Aufbaus können Kunden heute bedarfsgerecht jedwede Intel-Core-Prozessorbestückung wählen, die mit einer maximalen TDP von 15 Watt auskommt. Dadurch konnte die Baugruppe sehr flach bauen, um inklusive der Kühlung 4 TE einzuhalten.

Vielfalt ist das Programm

Erweitert wird das Programm nun zudem auch um eine Variante mit dem Conga-TS370 im COM Express Basic Format, das Intel Core Prozessortechnologie aktuell bis hin zu Sechs-Core-Lösungen der 8ten Generation erlaubt und so auch Systemaufbauten sogar mit virtuellen Maschinen ermöglicht. Diese hohe Skalierbarkeit ohne Re-Design, selbst über Prozessorgenerationen hinweg, ist für nVent dabei ein riesiger Vorteil, da sich der Entwicklungsaufwand verringert. Kommende Lösungen auf Basis von COM-Express-Basic und Compact-Modulen von Congatec kann nVent dadurch mit niedrigem Entwicklungsaufwand als Off-the-Shelf Baugruppen schneller anbieten. Auch individuelle Varianten lassen sich durch das COM- und Carrier-Prinzip mit rechtfertigbarem Zeit- und Kosten-Aufwand realisieren, sodass nVent mit seinen COM Express basierten Controllerbaugruppen für PXI-Systeme ein durchaus attraktives Angebot geschaffen hat, das Lösungsanbieter von Full-Custom-PXI-Controllern wohl ausschließlich bei Massenserien kostengünstiger umsetzen könnten. Zudem sieht nVent auch den Vorteil, neue Prozessoren schneller implementieren zu können, da Module oftmals die ersten Produkte sind, die mit neuster Embedded-Prozessortechnik verfügbar werden und das schlanke Design letztlich auch kostengünstiger ist als voll ausgebaute 8TE oder 12TE SBCs. nVents Kunden profitieren zudem vom modularen Ansatz, denn sie können letztlich auf Basis des Carriers über die Module skalieren und so im Zweifel Preis und Performance besser ausbalancieren, da es innerhalb einer Modul-Serie einer Prozessorgeneration deutlich mehr Varianten gibt, als es ein PXI-CPU-Board-Hersteller mit Full-Custom-Designs je anbieten könnte.

Weitere Aussichten

Setzt sich das Konzept von nVent durch, sieht man auch Potenzial, es im Test- und Messbereich auch für die Standards AXI und VXI anzubieten, der in der Summe zusammen mit den Platzhirsch PXI mit einem Anteil von rund 78 Prozent den Markt der sogenannten ‚Modular Instruments‘ bildet. Einen großer Teil entfällt dabei auf den Telekommunikationsmarkt, der laut Grand View Research rund 35 Prozent des Gesamtmarkts ausmacht. Weitere Märkte sind vor allem Luft- und Raumfahrt und Verteidigung, Automobilindustrie und Transport sowie Elektronik und Halbleiter. Auch der Ausbau des Angebots in Richtung VME, VPX und CompactPCI Express wäre eine Option.

Autor
Zeljko Loncaric, Marketing Engineer