UUSITEKNOLOGIA 2/2020: Neljäkymmentä vuotta vanha, Intelin jo vuonna 1981 esittelemä x86-prosessoriarkkitehtuuri on yhä voimissaan, vaikka uudemmat 32-bitin ARM-suorittimet ovat sen syrjäyttäneet varsinkin siellä missä pieni tehonkulutus on tärkeää. Silti x86-kortteja on edelleen tarjolla runsaasti. Tässä kuusi kiintoisinta korttimallia.
Teksti: Krister Wikström ja kuvat korttivalmistajat
Perinteiset X86-prosessorit ovat kahden kauppaa, Intel ja AMD. Tosin kovasti hakemalla saattaa yhä löytää kolmannenkin valmistajan x86-prosessoripiirejä, joilla on merkitystä pääasiassa varaosina vanhempien ohjaus- ja sulautettujen järjestelmien kunnossapidossa.
Pöytämikrojen x86-suorittimissa Intelillä on edelleen laaja mallisto, jossa parasta suorituskykyä edustaa Core-perhe: i3, i5 ja i7. Vanhemmat prosessoriperheet Celeron ja Pentium ovat niinikään yhä tuotannossa.
Pienikokoisissa korteissa hyvin suosittu x86-suoritinperhe on Intel Atom. Kyseessä on järjestelmäpiiri, jossa piisirulle on integroitu toimintoja, joita varten muuten käytetään erillisiä piirejä.
AMD panostaa nykyään lähes yksinomaan Ryzen-arkkitehtuuriin, vaikka vanhempia piirejäkin edelleen valmistetaan. Ryzen-piireistä on tarjolla sekä normaaleihin emolevyihin tarkoitettuja prosessoreja sekä sulautettuihin sovelluksiin optimoituja järjestelmäpiirejä.
Korttiformaatteja
Mikropiiriteknologian kehittyessä yhä enemmän toimintoja ja suorituskykyä voidaan puristaa yhä pienempään tilaan. Tämä on inspiroinut suunnittelemaan mitä erilaisimpia korttiformaatteja, joista parhaat tai suosituimmat ovat saavuttaneet teollisuusstandardin aseman ja merkityksen.
Teollisuusstandardi ei ole virallisesti sertifioitu standardi, vaan jonkin markkina-asemaltaan vahvan valmistajan luoma käytäntö, jossa käytetään sen kehittämiä teknisiä ratkaisuja laajasti yleisinä perusratkaisuina. Korttitietokoneissa tunnetuimmat esimerkit ovat Raspberry Pi ja Arduino, joiden yksityiskohtia kuten liittimiä muut valmistajat usein kopioivat omissa tuotteissaan.
X86-korttitietokoneissa merkittäviä formaatteja ovat COM-kortit (Computer on Module), joissa on kehittynyt kolme erilaista teollisuusstandardia: COM Express, Qseven ja SMARC. Kaksi muutakin formaattia on saavuttanut merkittävän aseman: Pico-ITX ja Industrial NUC.
Pico-ITX on toiseksi pienikokoisin PC-emolevyformaatti, jonka vuonna 2007 esitteli taiwanilainen VIA Technologies. Pico-ITX:n korttikoko on 100 x 72 mm, mutta vielä pienempi formaatti on 45 x 75 mm kokoinen Mobile ITX.
Mobile ITX on jopa liiankin pienikokoinen eikä siksi ole saavuttanut merkittävää asemaa. Sen sijaan Pico-ITX kuuluu nykyään useimpien merkittävien korttivalmistajien ohjelmaan, esimerkiksi saksalainen Congatec
Intel puolestaan kehitti NUC-formaatin pienikokoista pöytätietokoneperhettään varten. NUC on lyhenne sanoista ‘Next Unit of Computing’. 100 x 100 mm kokoinen NUC-formaatti osoittautui pian niin suosituksi, että sillä nykyään on muitakin valmistajia. Korteissa Intelin prosessoreiden lisäksi on saatavilla myös AMD:n Ryzen-prosessoreja.
COM-kortit poikkeavat muista korttitietokoneista siinä, ettevät ne ole sellaisenaan käyttökelpoisia, sillä niistä puuttuvat tavanomaiset, PC-koneista tutut liittimet kuten USB ja HDMI. Niissä kaikki signaalit ja liitännät on viety kortin moninapaiseen liittimeen. Siten COM-kortti on luonteeltan kuin suurikokoinen, alustalevyyn kiinnitettävä “makrokomponentti”. Alustalevyllä on tarvittavat liittimet ja muu sovelluksessa tarpeellinen lisäelektroniikka.
X86-korttien valmistajia vain muutama
Jos jätetään tämän jutun ulkopuolelle laajimmin levinneet teollisuusstandardeja edustavat x86-korttitietokoneet, niin jäljelle jää vain muutama x86-korttivalmistaja. Niistä otimme tähän tarkemmin katsottavaksi pienet x86-kortit neljältä valmistajalta: LattePanda, UDOO, UP ja Seeed Studio.
Laajimman korttivalikoiman omaava valmistaja on Hollannissa sijaitseva UP, joka on taiwanilaisen Aaeonin eurooppalainen tytäryhtiö. Yrityksellä on kaikkiaan kuusi x86-pohjaista korttia, jotka voidaan varustaa erilaisilla Intelin prosessoreilla sekä vaihtelevalla määrällä DRAM- ja flashmuistia.
UP:n x86-korttien hintataso vaihtelee noin sadasta eurosta kahdeksaan sataan euroon eli ne ovat selvästi kalliimpia kuin Raspberry Pi ja muut vastaavat pikkukortit. Kaikissa korteissa DRAM-piirit on juotettu suoraan levylle, joten muistia ei tältä osin voi hankinnan jälkeen lisätä.
Massamuistia taas voi suuresti lisätä tarpeen mukaan koska joka kortilla on yksi tai useampi SATA-liitin sekä M.2-standardin mukainen liitin. Niihin voi liittää jos jonkinlaisia SSD-muisteja ja muitakin toiminnallisia yksiköitä.
UP:llä on tarjota tekoälysovelluksia varten myös lisäkortteja, joissa on yksi tai useampi Intelin neuroverkkosuoritin Movidius Myriad X VPU 2485. Kortteja on saatavissa useissa eri formaateissa kuten M.2. ja PCIe.
UP:n valikoimassa huomio kiinnittyy UP Board-korttiin, jonka formaatti, kuten kortin mitat sekä liittimien tyypit ja paikat, hyvin tarkasti noudattaa RaspBerry Pi 3 Model B korttia.
Selvin näkyvä ero on oikeastaan vain syöttöjänniteliittimessä. Toinen erikoinen kortti on UP2 eli UP Squared, jossa on samalla kortilla Intelin FPGA-piiri MAX10.
Muiden UP-korttien erityispiirre on kortilla oleva 100-napainen liitin, jonka ansiosta kortteja voi käyttää COM-korttien tapaan ja liittää erilaisille alustalevyille. UP tarjoaa korttien lisäksi kattavaa valikoimaa alustalevyjä, koteloita ja muita tarvikkeita.
Muiden mainittujen x86-korttivalmistajien tuotevalikoima on huomattavasti suppeampi sisältäen tyypillisesti yhden huippumallin sekä yksi pienempi mutta edullisempi kortti. LattePandan ”lippulaiva” on Alpha-kortti sekä sen hieman riisuttu versio Delta. Molemmissa on sama mekaaninen formaatti.
UDOO:n portfoliossa huippumalli on Bolt V8 ja sen ”kesympi” versio Bolt V5. Nämä poikkeavat muiden valmistajien korteista siinä että prosessorina ei ole jokin Intelin piiri vaan sen sijaan AMD:n Ryzen. Toinen Boltin erikoisuus on se, että DRAM-piirejä ei muiden valmistajien tapaan ole juotettu kiinni piirilevylle. Kortilla on kaksi paikkaa SO-DIMM-muistimoduleille, joten muistia voi tältä osin laajentaa jopa 32 gigatavuun vielä sen jälkeen kun kortti on hankittu.
Seeed Studio on kiinalainen yritys, joka suunnittelee ja valmistaa useita, pääasiassa maker-tyyppisiin yhteisöprojekteihin suunnattuja tuotteita. Niistä tunnetuin lienee Grove-anturijärjestelmä, jota käyttäen voi nopeasti ja ilman juottamista rakentaa monipuolisia prototyyppejä.
Sovitinkortteja on tarjolla sekä Arduino- että Raspberry Pi-pohjaisiin kokoonpanoihin. Seeed Studion uusimpia tuotteita on Odyssey-niminen x86-kortti, jossa on kolme liitintä Grove-antureille.
LattePandan, UDOO:n ja Seeed Studio Odysseyn korteissa erikoisuutena on samalla kortilla oleva Microchipin kahdeksanbittinen mikro-ohjain, jossa Odyssey panee vielä paremmaksi 32-bittisellä ARM Cortex-M0+ piirillä. Mikro-ohjaimella onkin kätevä hoitaa tiukinta reaaliaikaisuutta vaativat tehtävät, varsinkin jos käyttää Windows-käyttöjärjestelmää.
Artikkelin kirjoittaja Krister Wikström on kokenut elektroniikkasuunnittelija, joka on erikoistunut sulautettuihin järjestelmiin, anturiverkkoihin ja teollisen internetin sovelluksiin. Hän on aktiivinen kirjoittaja ja kouluttaja.
Uusiteknologia 2/2020 –linkkipankkiosioon on koottu suorat linkit artikkelissa mainittujen korttiorganisaatioiden ja valmistajien nettisivuille. Mukana on linkit myös kirjoittajan aiempiin Arduino- ja Raspberry-korttijuttuihin. (LINKKI).
Aloituskuva/Source: UP 2017 Kickstart
TAUSTAA: Sulautettuihin montaa eri suoritinarkkitehtuuria
Sparkfunin RedBoard ARM- ja x86-prosessoreiden lisäksi on tarjolla erityisesti sulautettuihin muitakin prosessoriarkkitehtuureita. Laajimman valikoiman sulautetuissa muodostavat ARM-suorittimia käyttävät ratkaisut, joita on sekä mikro-ohjaintyyppisiä (ARM Cortex-M-tuoteperhe) että prosessoreihin perustuvia (ARM Cortex-A-perhe).
Aikanaan työasemasuorittimeksi kehitetty MIPS on peräisin samalta aikakaudelta kuin ARM, mutta kaupallinen menestys on ollut huomattavasti vaatimattomampaa. MIPS-pohjaisia tietokonekortteja onkin vain muutama tarjolla, esimerkiksi Microchipin PIC32.
Uusin ARMiakin kinnostavampi suoritinarkkitehtuuri on uusi RISC-V, johon perustuvia mikropiirejä, kortti- ja kehityslaitetuotteita on vähitellen ilmaantunut tarjolle jo useilta valmistajilta.
Yksi niistä on Sparkfunin RedBoard-kokeilukortti (kuvassa oikealla), jossa on SiFiven valmistama RISC-V-pohjainen mikro-ohjain. Kortti on mekaanisesti yhteensopiva Arduino Uno R3-kortin kanssa.
ENGLISH SUMMARY: The x86 architecture is still going strong
New CPUs with ARM core have displaced the venerable x86 architecture CPUs in more and more market segments. This has resulted in numerous vendors offering a bevildering variety of single board computers based on ARM Cortex-M microcontrollers and ARM Cortex-A series processors.
That notwithstanding, the x86 architecture is still going strong, not only in laptops and desktop machines but also in single-board computers. In this article we first look at different x86 CPUs and board formats, and then present noteworthy x86 computer boards from four leading manufacturers: LattePanda, UDOO, UP and Seeed Studio.
