21.06.2018
Grundlagen

Grundlagen Standard Computer Boards

Dieser Artikel soll einen Überblick über Standard Computer Boards geben, die häufig in der Industrie eingesetzt werden. Die Übersicht hat jedoch keinen Anspruch auf eine vollständige Darstellung des Marktes, er gib vielmehr einen Einblick aus der Sicht und Erfahrung des Verfassers wieder.
Wie also stellt sich der Embedded Computer Markt, wie der Markt speziell für Computer für den industriellen Einsatz genannt wird, bei Standard Computers Boards dar. Der Begriff „Embedded“ charakterisiert schon einen wesentlichen Teil der Situation. Die Computer um die es sich im Folgenden dreht, sind nur ein „eingebautes“ Teil in einem Ganzen und sind damit nicht wie der PC in einem Büroarbeitsplatz für den Nutzer offensichtlich. Ein so eingebauter, integrierter Rechner versieht seine Tätigkeit ohne, dass er mit dem Benutzer des Gerätes direkten Kontakt hat. Meist hat der Nutzer keine Ahnung welche Art Rechner in der jeweiligen Maschine seinen Dienst versieht. Für ihn ist ja auch nur die Gesamtfunktion der Maschine entscheidend.
Da viele der im Folgenden genannten Board Form Faktoren aus ursprünglichen Entwicklungen für den Consumer Markt resultieren und erst mit der Zeit von Embedded Herstellern adaptiert wurden, ist hier generelle Abgrenzung der Embedded Boards zu Consumer Boards zu treffen. Dazu eine kurze Erläuterung der wesentlichen Unterschiede.

Langzeitverfügbarkeit

Im industriellen Einsatz werden Computer in der Regel in Maschinen integriert oder als eigenständige Einheit zur Maschine geliefert. Rechner und Maschine bilden also eine Einheit. Im Vergleich zum Consumer Markt in dem die Computer Lebenszyklen von ca. zwei Jahren aufweisen, haben Maschinen in der Industrie eine deutlich längere Lebensdauer folglich sind auch die Entwicklungszyklen deutlich länger. Der Anspruch der Maschinenhersteller ist daher, eine Maschine über einen Zeitraum von drei bis fünf, manchmal auch sieben Jahre zu produzieren. In der Medizintechnik und im Bereich Transportation häufig noch darüber hinaus. Für die darin integrierten Rechner ergibt sich damit auch ein Lieferzeitraum von häufig fünf Jahren, in denen der Computer unverändert geliefert werden muss.

Ein für Consumer Computer schlichtweg undenkbarer Zeitraum.

Temperaturbereich

Sind Consumer Rechner für einen Betrieb in Raumtemperatur ausgelegt, die sich weitgefasst im Rahmen von 0 bis 40 Grad Celsius bewegt, so liegen die Ansprüche für industriell eingesetzte Rechner deutlich höher. Der Standard liegt hier bei 0 bis 65 Grad. Bei extremem Einsatzbedingungen werden durchaus -40 bis +85 Grad gefordert. Um solche Bereiche erreichen zu können wird dies von den Embedded Herstellern schon bei der Entwicklung eingeplant. Dies schlägt sich im meist aufwendigeren Design und der Auswahl der Bauelemente nieder.

Alles in Allem rechtfertigt schon das gerecht werden an diese beiden Rahmenbedingungen einen höheren Anschaffungspreis für ein Embedded Computer Board. Generell ist ein Trend zu kleineren Form Faktoren zu sehen. Dies wird durch immer Leistungsstärkere und zugleich effizientere Prozessoren unterstützt, die den Einsatz in kleinen meist lüfterlosen Systemen erlauben.
Die folgenden Board Standards können jeweils von unterschiedlichen Embedded Computer Herstellern bezogen werden. Größere Herstellern wie zum Beispiel Portwell haben ein komplettes Portfolio an diesen Standard Boards in unterschiedlichen Prozessor Leistungsklassen im Angebot.

ATX
ATX: 305 mm × 244 mm (12″ × 9,6″)
ATX (Advanced Technology Extended), wohl die Mutter der aktuellen Standards, wurde 1996 von Intel eingeführt und beinhaltet die Normung von Hauptplatinen, Netzteilen, Steckkarten und Gehäusen. In PCs und Desktop Computern ist ATX nach wie vor das dominierende Format. In der Industrie sind sie das Herz vieler 19“ Rechner. In der Regel bieten sie ein bis zwei gesockelten Desktop x86 CPUs Platz. Neben der eigentlichen Rechnereinheit befinden sich auf einem ATX Board dann noch fünf bis sieben Steckplätze für Erweiterungskarten. Früher waren diese Slots genannten Steckplätze ausschließlich für PCI, mittlerweile jedoch PCI Express Karten.

Micro-ATX
Micro-ATX: 244 mm × 244 mm (9,6″ × 9,6″)
Wie der Name schon erahnen lässt, ist Micro-ATX der kleine Bruder von ATX. Die kompaktere Bauform ging zu Lasten der Steckplätze für Erweiterungskarten. Micro-ATX bietet derer nur noch vier.

Mini-ITX
Mini-ITX: 170 mm × 170 mm (6,7″ × 6,7″)
Mini-ITX ist nach oder neben ATX der verbreitetste Standard. Er wurde 2002 von VIA ins Leben gerufen. Aufgrund der gegenüber ATX noch kompakteren Bauform bietet Mini-ITX nur Platz für eine CPU. Mini-ITX ist aufgrund seiner vier, zu ATX identischen Befestigunslöcher kompatibel. Auch das IO Shield für den einen Erweiterungsslot ist zu ATX identisch und bei Mini-ITX kommen sehr häufig auch die ATX Netzteile zum Einsatz, dies ist aber Designabhängig. Aufgrund immer leistungsfähigeren Prozessoren deckt Mini-ITX mittlerweile die wohl größte Bandbreite hinsichtlich der Leistung ab. Von gesockelten XEON Prozessoren bis zu gelöteten low-end x86 oder gar ARM Prozessoren alles ist darauf zu finden. Zu Einsatz kommen die Mini-ITX Boards sehr häufig in den klassischen Box PCs oder den etwas größeren Shoe-Box Rechnern, einer kompakten Version der 19“ Rechner.

3.5“
3.5”: 170 mm × 170 mm (6,7″ × 6,7″)
Die eigentliche Herkunft von 3.5" ist etwas unklar, sie geht aber wohl auf die Entwicklung einiger taiwanesischer Computer Hersteller zurück. Mittlerweile ist 3,5“ ein sehr gebräuchliches Board Format. Einsatzgebiet sind meist kompakte Box PCs oder in Panel PCs. In der Regel kommen auf 3.5“ Boards gelötete ARM und x86 Prozessoren von der Atom bis hin zur Core i Klasse zu Einsatz. Aufgrund der kompakten Bauform und der dadurch schwierigeren Wärmeableitung liegt die Verlustleistungsobergrenze bei etwa 25 Watt.

Nano-ITX
Nano-ITX: 120 mm × 120 mm (4,7″ × 4,7″)
Der Nano-ITX-Formfaktor wurde von den Chipsatzherstellern in Taiwan definiert und ist mit der quadratischen Form an Mini-ITX angelehnt. Grundsätzlich ist hier ein Teil des Netzteils auf dem Board zu finden. Es kommen grundsätzlich Tischnetzteile wie man sie von Laptops kennt, oder eine 24V Versorgung zu Einsatz. Nano-ITX bietet auch keinen vollwertigen PCI bzw. PCI Express Slot mehr. Erweiterungen sind jedoch häufig über Mini-PCIe bzw. die neueren M.2 Steckplätze möglich. Nano-ITX ist eine gute Mischung zwischen kompakter Bauform und Funktionalität, da der Produktmanager noch vernünftig Platz hat um die gängigen Schnittstellen unter zu bringen.

eNUC
eNUC: 101,6 mm × 101,6 mm (4″ × 4″)
eNUC oder Embedded NUC ™ wurde 2014 von der sget (Standardization Group for Embedded Technologies) spezifiziert und basiert auf den Intel® NUC-Systemen (NUC: Next Unit of Computing). Durch die Anpassung des Intel® NUC an industrielle Anwendungen kann eine Vielzahl von PC-Funktionen in einem extrem schlanken Format (ca. 10cm x 10cm) realisiert werden. Mit seiner PC-Leistung bietet NUC ™ eine äußerst attraktive Lösung für industrielle Anwendungen, die auf eine breite Palette von Geräten abzielen und zahlreiche Schnittstellen in einem kompakten Format bieten.

Pico-ITX
Pico-ITX: 100 mm × 72 mm (4″ × 2,8″)
Wie der Name Pico schon sagt, handelt es sich dabei um ein sehr kompaktes Board. Das kleinste in dieser Aufstellung. Beim Pico werden sehr häufig die kompakten Bauformen der Anschlüsse wie Mini-HDMI oder Mini Display Port verwendet um Platz für USB, Ethernet und andere Anschlüsse zu sparen. Für eine Funktionserweiterung stehen hier in der Regel auch Mini PCI Express und/oder M.2 Steckplätze zur Verfügung. Pico-ITX Boards werden häufig in sehr kompakten Box PC eingesetzt.

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Portwell Deutschland GmbH
Otto-Hahn-Str. 48
63303 Dreieich
Telefon: +49 6103 3008 102

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