GPU-Computer GP-3000 – Neue Dimension im Embedded Computing

Die Basis für den GP-3000 legt ein Prozessor der 9./8. Gen. Intel® Xeon® / Core™ oder 8. Gen. Intel® Pentium® / Celeron®.  Es stehen 20 Prozessorvarianten zur Auswahl. High-End-Lösung ist der Intel® Xeon® E-2278GE-Prozessor mit 8 Kernen und einer Taktfrequenz bis zu 4,7 GHz. Für geringe Anforderungen hingegen bietet sich die 8. Gen. Intel® Celeron® G4900T mit zwei Kernen und einer Taktfrequenz bis zu 2,9 GHz an. Der Grafikchip ist an den Prozessor angepasst: Für Xeon® und Core™ ist der UHD 630 vorgesehen, für Pentium® und Celeron® der UHD 610. Beide Grafikchips erlauben die Ansteuerung von drei unabhängigen Displays über HDMI, DisplayPort und VGA, wobei HDMI und DisplayPort eine Auflösung von 4096 x 2160 Pixeln unterstützen.

Mit fünf Ethernet-Anschlüssen kommt der GP-3000 der Anforderung an optimale Netzwerkanbindung nach. Über die Integration eines CMI-Moduls ist es möglich, die GbE-Ports um weitere vier auf dann neun Ports zu erhöhen. Die vier Zusatzports sind auch als verschraubbare M12-Variante zu haben. Alternativ können zwei 10GbE-Ports realisiert werden. Für die Anbindung an Funknetze sorgen zwei SIM-Karten-Slots und über einen Mini-PCIe-Slot kann eine WLAN-Karte gesteckt werden.

Auch wenn sich externe Geräte und Sensoren mit Ethernet an den Embedded PC anbinden lassen, so stellt der GP-3000 „traditionelle“ RS-232/422/485 zur Verfügung, USB 3.2 Gen2 und USB 3.2 Gen1. Auch Digitale Ein-/Ausgänge (8-in/8-out) lassen sich über ein CMI-Modul realisieren.

Gerade wenn man den GP-3000 für KI-Anwendungen nutzt, ist Datenspeicherplatz eine wichtige Größe. Hier bietet der GP-3000 vier frontzugängliche 2,5-Zoll-SATA-HDD/SSD-Schächte, die RAID 0/1/5/10 unterstützen. Integrierbar sind SSD/HDD mit einer Höhe bis 15mm, was die Datenspeichermenge erhöht – Terrabyte im zweistelligen Bereich können erreicht werden. Als weitere Speichermöglichkeit ist M.2 2280 M-Key vorgesehen für SATA oder PCIe x4 NVMe.

Dual-Grafikarten integrierbar

Zum GPU-Computer wird der GP-3000 über ansteckbare GPU-Expansion-Boxen, kurz GEB, die es in zwei Varianten gibt: Die GEB-3301 mit einem PCIe x16-Steckplatz für eine Grafikkarte und die GEB-3601 mit zwei PCIe x16-Steckplätzen für zwei Grafikkarten. Damit ist der PC für Künstliche-Intelligenz-Anwendungen gerüstet wie Autonomes Fahren, Müdigkeitserkennung, Vorausschauende Wartung, Gesichtserkennung, Echtzeit-Positionsabschätzung u.v.m.

Beim GPU-Computing stehen die Grafikleistung im Fokus. Integrierbar sind alle Grafikkarten mit maximalen Abmessungen von 328 mm Länge, 64 mm Höhe und 134 mm Breite. Die maximale Leistung, die der GP-3000 unterstützt, sind 720 Watt. Davon sind 220 Watt für den Embedded PC reserviert, für die Single-GEB 300 Watt und die Dual-GEB darf 500 Watt verbrauchen. Dies erzeugt eine hohe Abwärme-Menge, sodass ein spezielles Lüfterkonzept entwickelt wurde.

Mit Lüfter, aber lüfterlos

Die Lüfter im Embedded PC sind extern an der Unter- und Oberseite des Gehäuses befestigt und erzeugen einen konstanten Luftstrom, der ausschließlich das Gehäuse abkühlt. Der Prozessor gibt die Wärme über ein Thermopad ans Gehäuse ab und steht nicht in direktem Austausch mit dem Luftstrom. Dieses Verfahren sorgt dafür, dass – wie beim lüfterlosen Design – kein Staub an die empfindlichen Komponenten auf dem Mainboard gelangt. Bei den Grafik-Boxen wird die kühlende Luft seitlich eingesaugt, an den Grafikkarten vorbeigeführt und an der Ober- und Unterseite ausgeblasen. Ein weiteres Detail trägt dazu bei, das System vor Überhitzung zu schützen: Der Netzstecker am Embedded PC verteilt die Stromzufuhr auf zwei Stromkreise. Das verringert den Stromdurchfluss und die Kabel erhitzten nicht so stark.

Grafikkarten kann nichts erschüttern

Wer einen genauen Blick in die GEB wirft, sieht, dass neben den PCIe x16 Steckplätzen für Grafikkarten noch PCIe x4 und PCIe x1 vorhanden sind. Hier werden Erweiterungs-Karten untergebracht wie Frame-Grabber oder High-Speed-E/A-Karten. Der USB 2.0-Schnittstelle ist für einen Security-Dongle reserviert. Erst auf den zweiten Blick fallen die Haltevorrichtungen ins Auge, die ein Festschrauben der Grafikkarten in drei Achsen ermöglichen. Das heißt, trotz Erschütterungen und Stößen bleiben die Grafikkarten fest verankert. Dies ist ein großer Vorteil, wenn der GP-3000 in Fahrzeugen wie Zügen oder in Automobilen eingebaut wird. Der Einsatz in rauen Umgebungen erfordert spezielle Zertifizierungen. Das Zertifikat MIL-STD-810G für Schock und Vibration ist beantragt, das E-Mark-Zertifikat für Automotive, EN50121-3-2 für Railway und EN62368-1 für Elektrische Sicherheit liegen vor.

Der Embedded PC ist im Unibody-Gehäuse untergebracht – das Gehäuse ist in einem Stück gegossen und hat damit keine Nahtstellen, was die Stabilität erhöht. Das Gehäuse enthält zwei Massepunkte, die zur Erdung und Abschirmung dienen und vor Beschädigung durch elektromagnetische Störungen und Überspannung schützen.

Der GP-3000 genügt den Normen IEC60068-2-1, IEC62268-2-2 und IEC60068-2-14. Der GP-3000 ist im erweiterten Temperaturbereich einsetzbar, der abhängig ist von Prozessorleistung und GPU-Box. Ohne GPU und mit 35-Watt-CPU zum Beispiel ist eine Betriebstemperatur zwischen -40°C und 70°C möglich und mit einer 80-Watt-CPU und zwei 250-Watt-Grafikkarten zwischen -40° bis 35°C.

Befestigen lässt sich der GP-3000 an der Wand und im 19-Zoll-Rack. Mit Gummifüssen kann er auch als Desktop-Computer aufgestellt werden. Die Rack-Montage ist zum Beispiel in Zügen vorteilhaft, da sich neben dem PC alle anderen Komponenten zentral und fest im Rack einbauen lassen.