Comment les contrôleurs PXI Express peuvent gagner en compacité



  • Spécialiste de la fabrication de racks 19 pouces basés sur VITA et PICMG, nVent Schroff a étendu son offre aux châssis PXI Express il y a environ trois ans.
  • Un certain nombre d’utilisateurs du secteur du test et de la mesure avec lesquels nVent a travaillé depuis lors n’ont cessé de réclamer des cartes CPU beaucoup plus fines.
  • Grâce à la collaboration de nVent avec congatec, ces cartes sont désormais disponibles. Zeljko Loncaric, ingénieur marketing chez congatec explique l’objectif, les atouts et le champ d’application de ces solutions.

 
Les fournisseurs de châssis et de fonds de panier tel que nVent Schroff portent rarement leur attention sur les cartes CPU. Pourtant, ce sont des experts lorsqu’il s’agit d’acheminer des interfaces à haut débit telles que PCI Express Gen 3 et 4, ou 25 GbE, sur de longues distances. En s’appuyant sur ce savoir-faire, nVent peut également fournir des cartes porteuses spécifiques qui intègrent le CPU via les Computer-on-Modules (COM). Sur ces cartes porteuses, l’attention ne porte pas sur l’acheminement du CPU, de la mémoire et des bus de communication rapides, ni – et c’est là l’essentiel – sur l’installation et la maintenance du vaste ensemble de BSP avec BIOS/UEFI et pilotes. Au contraire, l’accent est mis sur la connexion des interfaces aux COM via des liaisons à haut débit. En utilisant les COM, nVent Schroff a ainsi pu répondre aux besoins des utilisateurs du format PXI Express et fournir des cartes beaucoup plus fines pour le contrôleur système que celles qui étaient disponibles auparavant sur le marché.

Différents marchés différents, différentes habitudes

Les contrôleurs compacts ne manquent pas pour les fonds de panier dont la structure est comparable à celle du PXI, c’est-à-dire VPX, VME ou CompactPCI Serial, puisque les fabricants de cartes CPU qui se concentrent sur ces applications ont déjà abordé cette question. Avec PXI Express, c’est une toute autre histoire. Les experts PXI le sont en systèmes de test et mesure. Ils se concentrent principalement sur le logiciel de test et sur la large gamme d’E/S. Les modules de commande centraux ne sont qu’un moyen de parvenir à leurs fins. Par conséquent, ils se contentent souvent de connecter un PC portable ou de bureau au système de mesure PXI Express, qui ne contient que des cartes d’extension. Ou alors, ils optent pour un contrôleur qui satisfait voire souvent dépasse toutes leurs exigences. Les cartes 3U PXI présentent en général une largeur de 8HP ou 12HP, tandis que les versions plus compactes 4HP sont disponibles pour VPX, VME ou CompactPCI Serial.

De nombreuses entreprises utilisent délibérément les grands contrôleurs 8HP ou 12HP pour pouvoir répondre à autant de cas d’utilisation que possible. Cependant, cela ne fonctionne que si on n’est pas limité en espace. Ou tant que le nombre de systèmes de mesure dédiés n’est pas aussi important qu’on doive scruter le coût de chaque composant pour réaliser des économies. Mais il existe de nombreuses applications pour lesquelles l’espace est réduit. Par exemple, lorsque les assemblages doivent être particulièrement plats lorsque le système lui-même ne présente une hauteur que de 1U ou 2U. Les applications typiques de ces systèmes à espace restreint se rencontrent dans le secteur automobile, où elles sont installées dans des prototypes afin que les développeurs puissent tester les nouveaux radars, lidars et autres capteurs optiques nécessaires aux véhicules autonomes. Dans de tels systèmes, il est essentiel d’économiser autant de HP que possible, car la largeur de l’assemblage détermine la hauteur du système, celui-ci n’étant pas installé verticalement mais horizontalement.

Au programme : gagner de l’espace

Même dans les systèmes 3U à 8 emplacements, l’espace se fait rare. Les cartes CPU de 8 à 12HP prennent souvent deux ou trois emplacements, de sorte que le système doit être plus large ou n’offre que quelques emplacements d’extension, ce qui n’est pas suffisant pour de nombreuses tâches de test et de mesure. Il est donc souvent souhaitable de pouvoir accueillir davantage d’E/S dans un espace plus réduit, car on évite de devoir empiler deux systèmes l’un sur l’autre, ce qui occuperait davantage d’espace dans le rack. Par exemple, un constructeur aéronautique utilisant des systèmes de test a dû prévoir 3U supplémentaires pour installer un IPC. Avec une carte CPU 4HP, il aurait économisé cet investissement supplémentaire, car elle aurait pu loger dans le rack d’E/S. Un utilisateur qui propose des tests de haute tension et d’isolation pour la production industrielle en série a connu une situation similaire.

À ce jour, ces contournements sont monnaie courante, avec l’utilisation fréquente d’adaptateurs pour le slot système. Ceux-ci acheminent les voies PCI Express vers un emplacement externe, ce qui permet de connecter un PC portable ou de bureau avec des câbles standard. Cependant, ces systèmes « bricolés » ne constituent qu’une solution de fortune.

Modules COM Express Compact et Basic de congatec
Les deux cartes pour modules COM Express Compact et Basic de congatec sont déjà disponibles en 40 variantes et ce, uniquement pour les processeurs actuels. Il en existe pas moins de 100 variantes si l’on tient compte des précédents modules déjà disponibles.

COM/carrier: le duo gagnant

Pour résoudre le problème d’espace, nVent s’est associé à congatec pour développer une carte PXI de 160 mm pour les modules COM Express Compact. Dans un premier temps, elle a été optimisée pour le conga-TC175 afin de créer un contrôleur compact basé sur les processeurs Intel® Core™ de 7e génération. Elle achemine uniquement les voies PCIe requises pour l’architecture PXI Express vers le fond de panier. Le panneau avant de cette plate-forme compacte ne fournit qu’un DisplayPort pour la connexion du moniteur, 3 interfaces USB, 2 interfaces Ethernet et, pour compléter l’ensemble des fonctionnalités, 1 emplacement M.2 pour les SSD rapides. De cette façon, nVent a pu créer une SBC PXI extrêmement fine qui se concentre uniquement sur les fonctions principales du CPU dans un système PXI. Grâce à la conception modulaire, les clients peuvent aujourd’hui choisir n’importe quelle configuration de processeur Intel Core avec une enveloppe thermique (TDP) maximale de 15 watts. Tout cela tient sur une carte 4HP très fine ¬- y compris le dispositif de refroidissement.

Prochain objectif : créer des variantes

L’offre est maintenant élargie à une variante COM Express Basic utilisant le conga-TS370, qui peut intégrer les processeurs Intel Core jusqu’à la 8e génération à six coeurs et permet donc également des configurations systèmes avec des machines virtuelles. Cette évolutivité sans modifications majeures¬- même entre les générations de processeurs – est précieuse pour nVent, car elle réduit considérablement les efforts de développement. Cela signifie que nVent sera en mesure de proposer des modules prêts à l’emploi pour les futures solutions basées sur les modules COM Express Basic et Compact de congatec à un faible coût de développement. Il en va de même pour les variantes individuelles, qui peuvent également être réalisées avec un minimum de temps et de coûts en s’appuyant sur l’approche COM et carrier. Ainsi, au final, les cartes contrôleur basées sur COM Express pour les systèmes PXI de nVent visent à proposer une solution plutôt attrayante que les fournisseurs de contrôleurs PXI entièrement personnalisés ne pourraient probablement battre en termes de prix que dans le cadre d’une production en série.

Un autre avantage que nVent apprécie est la possibilité d’implémenter plus rapidement de nouveaux processeurs, puisque les modules sont souvent les premiers produits à être disponibles avec la dernière technologie de processeur embarqué. En fin de compte, la conception compacte est également plus rentable que les SBC 8HP ou 12HP. Les clients de nVent profitent également de l’approche modulaire, car ils peuvent faire évoluer la carte en utilisant différents modules pour obtenir un meilleur rapport prix/performance si nécessaire, étant donné qu’il existe beaucoup plus de variantes au sein d’une série de modules d’une génération de processeur qu’un fabricant de cartes CPU PXI de conception entièrement personnalisée ne pourrait jamais offrir. En somme, c’est une approche très attrayante pour les fournisseurs de tests et de mesure.

Perspectives

Si le concept nVent s’impose dans le domaine des tests et mesures, Christian Ganninger, Global Product Manager chez nVent SCHROFF Europe, évoque la possibilité de l’étendre aux normes AXI et VXI, qui, avec la norme PXI, représentent environ 78 % du marché des instruments modulaires, qui devrait atteindre 3,11 billions de dollars US d’ici 2027. Le secteur des télécommunications représente environ 35 % du marché total, selon Grand View Research. Les autres marchés clés sont l’aérospatiale et la défense, l’automobile et les transports, ainsi que l’électronique et les semi-conducteurs. Une expansion en direction de VME, VPX et CompactPCI Express serait une autre option. Pour des raisons stratégiques, M. Ganninger estime que cette approche ne serait viable que si les autres fabricants de cartes ciblant ces marchés n’étaient pas en mesure de faire des offres appropriées, ce qu’il ne pense pas être le cas. Mais le marché des instruments modulaires est déjà suffisamment vaste à lui tout seul.