COM EXPRESS 在軍事應用中勝過 PC/104

摘要：隨著軍事斗爭轉變為以網絡為中心的戰爭，對采用更強大的技術以支持寬帶通訊、高級數據處理和改進圖形質量的系統的需要越來越強烈。這些需求對空間受限的設計尤其是一個挑戰，例如戰場設備和無人駕駛車輛，本白皮書討論面臨這些挑戰時 PC/104 和 COM EXPRESS 之間的權衡。

目錄

　　介紹

　　小體積，大挑戰

　　新技術，低成本

　　比較 PC/104-EXPRESS 和 COM EXPRESS

　　RADISYS COM EXPRESS 解決方案

　　集成圖形處理器

　　滿足高級軍事需要

　　參考

　　關于作者

　　介紹

　　隨著軍事斗爭過轉變為以網絡為中心的戰爭，對采用更強大的技術以支持寬帶通訊、高級數據處理和改進圖形質量的系統的需要越來越強烈。最新的軍事網絡看起來像一個電信網絡，其中非常智能化的現場終端（例如無人操縱機器人和導航系統）與地面工作站及指揮中心共享實時信息。對面臨苛刻空間和功率限制的小型系統設計人員而言，這種演進尤其是一種挑戰。

　　對提高若干方面（計算、I/O 和圖形）的性能的需要使系統設計人員用基于 PC/104-的電路板滿足這些需求變得更加困難。例如，PC/104-Express 標準，專為用于向高速 I/O 提供 PCI Express®支持而開發，使用一個額外的連接器，該連接器占用寶貴的電路板空間并使用一種復雜的堆疊。因此，可用于部署更高性能的應用所需的最新處理器及數字信號處理器 (DSP) 的電路板空間變少了。

　　COM Express 是一種計算機模塊 (COM) 標準，擁有類似的小體積優點，同時通過提供比 PC/104 更大的電路板空間效率和更多的 I/O 靈活性克服了這些限制。本白皮書討論 PC/104 和 COM Express 之間為空間受限的設計（例如戰場設備、無人駕駛車輛和其他機動軍用資產）進行的某些權衡。

　　小體積，大挑戰

　　為了支持一支靈活的軍隊，設備制造商不斷地將越來越強大的計算能力裝入噴氣式戰斗機、大卡車、拆彈機器人及指揮、控制與通信 (C3) 智能系統等使用的移動系統內。小體積并不意味著低性能，實際上卻相反，作為最新的處理器，I/O 連接和圖形技術必須被擠壓到一個極小的設備中。

　　移動系統是如何演進的？強大的多核 CPU 正在處理寬帶雷達數據流；高速 PCI Express 鏈接正在傳輸高清視頻圖像；一流的圖形處理器正在通過 VGA、LVDS 和其他視頻接口在車載地圖上顯示詳細信息。當前，基于標準的商用現貨 (COTS) 解決方案的主要選擇為 PC/104-Express 和 COM Express，如圖 1 所示。

　　圖1：商用現貨供應商服務的軍事航空市場

　　新技術，低成本

　　PC/104 協會1由十二家公司于 1992 年 2 月成立，這些公司對面向嵌入式應用來改造臺式計算機技術有著共同的遠見。不久之后，一個技術規格出臺，以一個特別適合小而硬的設備的尺寸提供 IBM 兼容個人計算機的功能和靈活性。PC/104 規格采用了隨著時間推移而出現的新技術，包括1997 年出現的 ISA 總線、2003 年出現的 PCI 總線和2008 年出現的 PCI Express 總線。

　　基于 PC/104 的產品在推動軍事應用更好地認可現貨解決方案中已發揮了作用，因為它們的模塊性顯著節約了研發成本和時間，同時為設備制造商和客戶減少了風險。但是，PC/104 產品的成本優勢正開始逐漸消失，因為可堆疊架構和關聯的連接器增加了成本并減少了電路板的空間效率。此外，出于堆疊目的，很多 PC/104 連接器是雙面的，這使它們的成本比 COM Express 所用的單面連接器的成本更高。從電路板空間的角度來看，雙面連接器比背面也可放置元器件的單面連接器貴兩倍。

　　PC/104 是一種多堆疊架構，而 COM Express 只有兩層，包含一個計算機模塊和一個載板，可依據具體的應用要求定制。載板可安裝 PC/104 堆疊的所有 I/O，因此減少了成本并允許制造商容納更多的外圍設備 I/O。系統設計人員擁有更多的靈活性，因為載板尺寸不是固定的，因此可以依據需要進行放大以支持最新的計算機技術。此外，除了一份 VDC Research 調查在表 1 列出的其他優點以外，COM Express 還提供與 PC/104 相同的基于標準的商用現貨優勢。

　　比較 PC/104-EXPRESS 和 COM EXPRESS

　　PC/104-Express 和 COM Express 的開放式標準規格定義了很多設計要求，例如電路板尺寸、連接器信號排列和堆疊。圖 2 說明了電路板尺寸，顯示 PC/104-Express 的一種選項和 COM Express 的三種選項，包括在 COM.0 R2.0 中定義的新的 95 x 95mm 緊湊型版本，預計該版本將在 2010 年獲得批準。

　　如前文所述，PC/104 規格和 COM Express 之間的一個主要區別在于連接器的選擇和使用。最近幾年，處理器性能和功能已經出現巨大的提升。集成圖形/視頻、PCI Express 和其他高性能接口的添加需要使用一個在比 PC/104 所用空間更小的空間內具備更大帶寬和更多引腳的連接器。

　　選擇在 COM Express 上使用的連接器要考慮以下幾個因素：

　　尺寸—連接器是小型表面安裝技術 (SMT) 連接器，占用最少的電路板空間。

　　引腳數量—連接器支持需要的I/O 數量并且可供將來擴展。

　　信號完整性—連接器提供高性能 I/O（例如 PCI Express、視頻、LVDS 和吉比特局域網）所需的信號完整性的等級。

　　表 2 顯示 COM Express 和 PC/104 連接器的 I/O 功能的比較。

　　如表 2 所示，PC/104 支持 PCI Express，但是它是通過向已經很擁擠的電路板添加另一連接器來實現的。為了添加功能，例如視頻、LAN 或 SATA，必須向 PC/104 電路板添加其他連接器，并且信號不能用于堆疊中的其他電路板。另一方面，COM Express 卻能夠將所有信號向下傳輸到載板，并且可以依據系統應用的需要在載板上添加連接器。例如，如大多數軍事用途所需，載板可用于連接軍用標準連接器。

　　隨著軍事應用復雜度的提升，COM Express 正得到廣泛利用以處理越來越苛刻的計算、I/O 帶寬和圖形要求。另一方面，提高 PC/104-Express 解決方案的能力通常意味著添加更多的堆疊電路板和連接器，并且可能最終形成一個笨重的系統，如圖 3 所示。因為 COM Express 只使用兩個電路板，它在系統成本、冷卻、高度、部件管理和信號完整性方面勝過 PC/104，如表 3 所述。

　　集成 圖形處理器

　　集成圖形引擎，嵌入到 Intel®Core i7 和 Intel®Core i5 處理器，提供增強的圖形功能和性能，同時降低整體平臺電源要求，減少占地面積。在進行兩項 3DMark 測試時，基于 Intel®處理器的圖形引擎的性能是 Intel®GM45 Express 芯片組中的集成圖形芯片的 1.8 倍和 2.6 倍，如圖 4 所示。此外，使用能夠提升并行多線程應用程序性能的集成 Intel®超線程技術，這些雙核處理器能夠同時處理多達四個軟件線程。

　　為了利用此圖形性能，大多數軍用系統要求多個顯示器與輸入設備。通過在 COM Express 連接器上傳輸所有視頻信號，載板能夠提供系統需要的不同視頻和輸入接口。在 PC/104 電路板上，所有連接器都必須位于基板之上，這會進一步減少可用電路板空間。

　　RADISYS COM EXPRESS 解決方案

　　RadiSys®Procelerant COM Express 產品系列包含大量的擴展及工業溫度范圍模塊，表 4 列出了其中的一部分。充分利用這一系列的產品，軍用設備制造商可以滿足他們的苛刻環境要求，同時縮短上市間并降低開發成本。

　　因為無需考慮處理器、芯片組和內存的設計，制造商可將工程資源集中于產品差異化特性的開發，并避免了因處理器升級和越來越復雜的設計規則而帶來的設計變化。RadiSys 還提供廣泛的 COM Express 客戶服務，通過提供載板概念定義與設計、載板示意圖測評、BIOS 自定義和熱設計來進一步加速客戶的產品上市時間。

　　領先于技術曲線

　　Procelerant CEQM57XT 將下一代 Intel® Core i5 和 i7 處理器與 -25 度 至 70 度 的工作溫度范圍和擴展的振動規格組合在一起，在一個基本尺寸 COM Express 模塊上為惡劣環境提供突破性的處理性能。緊湊式 95 x 125mm 模塊特別適合需要高水平計算、I/O、存儲和圖形能力的計算密集型軍事航空應用。RadiSys 以 Type 2 和 Type 3 引腳的形式供應 CEQM57XT 模塊，使客戶能夠從他們以前的舊模塊輕松升級，同時通過最大 8GB 內存、SSDDR3 選項、額外的 PCI Express 通道和改進的存儲、圖形和音頻能力提升功能與性能。

　　Procelerant CEQM57XT COM Express 模塊

　　滿足高級軍事需要

　　軍用系統的技術規格不斷提高，從而推動了對更高性能處理器與 DSP、更低支持成本和更快 I/O 與圖形的需求。隨著系統變得越來越以網絡為中心，現在是 PC/104 開發人員近距離關注 COM Express，以更低成本提供更新技術的最佳時機。

　　在定義 COM Express 時即考慮了到 PCI Express 和更大帶寬 I/O 需求的過渡，而 PC/104-Express 采用了新的而不是笨重的可堆疊連接器。代替以大量堆疊方式來滿足不斷出現的需求的 PC/104 電路板，系統開發人員能夠基于 COM Express 部署一個靈活的雙電路板解決方案。RadiSys Procelerant COM Express 產品特別適合高要求的軍事應用，并且能夠幫助設備制造商降低開發成本，縮短產品上市時間。

　　了解更多信息，請訪問 http://www.radisys.com/ Products/COM-Express/COM-Express-Modules.html

　　參考：

　　1 http://www.pc104.org/history.php/104+history

　　關于作者：

　　LORRAINE ORCINO—資深產品經理–COM EXPRESS

　　Lorraine 在 RadiSys 主要負責 COM Express 產品系列。她在產品管理和商業開發方面有十多年的經驗，對新處理器技術以及小占地面積如何為軍用設備制造商開創眾多設計選擇有深入了解。她從德銳技術學院 (DeVry Institute of Technology) 獲得電子工程理學士學位。