IPC-Prozessoren und die Folgen Experten von sechs IPC-Herstellern kommentieren die Entwicklung der IPC-Technik

Es rennt der Trend bei der Entwicklung von Prozessoren für IPCs und Embedded IPCs. Nur noch fingernagelgroß ist der jüngste Coup aus dem Hause Intel, der Centrino Atom. Und die nächste Generation ist für 2009 angekündigt. Die Rechner-Hersteller sind ganz nah dran an den Bauelementeinnovationen. Sie sind auf den Fortschritt vorbereitet. Somit werden die Rechner immer kompakter und zugleich intelligenter.

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Duo Core, Quad Core und jetzt dazu Centrino Atom von Intel. Das Mooresche Gesetz greift gnadenlos und lässt Prozessoren für IPCs immer kleiner, immer leistungsfähiger und auch immer preiswerter werden. Der Trend geht in Richtung Multicore-Technik und zu leistungsfähigeren Rechnern, die Funktionen ausführen, die für IPC bisher undenkbar waren.

Roland van Mark, Beckhoff erinnert sich: „Vor 20 Jahren wurden große, klobige und schwere PCs am Tragarm, direkt an der Maschine installiert oder in Gehäuse eingebaut, da man PC und Display technisch nicht voneinander trennen konnte. Vor 10 Jahren hat Beckhoff als erster Hersteller Displays mit CP-Link auf den Markt gebracht, die eine Entfernung bis zu 100 m vom PC erlauben.“

Der Siegeszug des IPC in der Automation brachte es mit sich, dass die Anzahl der Feldbuskarten zunahm, mit entsprechend vielen Datenleitungen. Miniaturisierung hieß der Trend, den Beckhoff aufgriff. Neben einer Vielfalt an Geräten, entwickelte man einen flachen, kompakten Panel-PC, der sich optimal an der Maschine positionieren lässt. „Nur zwei bis drei Ethernetleitungen und die Stromversorgung führen durch den Tragarm. Der PC-Einbauraum im Schaltschrank wird eingespart“, erklärt Roland van Mark den Nutzen. Und immer wieder findet sich eine weitere PC-Bauform, die neue Anwendungsfelder erschließt.“ Sein Fazit: „Dank energiesparender Prozessoren, höher integrierter Motherboards, dem Wegfall von Steckkarten und der Verwendung von Compact-Flash als Datenträger werden die PCs ständig kleiner.“

Dass die Giganten von gestern ausgedient haben, das sieht auch Frank Urbe von BEG Bürkle. Das auf IPC spezialisierte Unternehmen setzt auf Dual-Core- und Quad-Core-Prozessoren, weil der Markt es wünscht. Frank Urbe: „Wir sehen ein wachsendes Interesse von unseren Kunden. Das hat uns bestärkt, weiter auf diese Technik zu setzen und insbesondere in der neuen Generation unserer Standardrechner auch Quad-Core-Lösungen anzubieten.“ Den Rechner so kompakt wie möglich zu bauen, ist eine Entwicklung, die man auch bei BEG Bürkle sieht: „Dem Trend nach Miniaturisierungen tragen wir mit unserer neuen Entwicklung der Boxline Rechnung. Wir möchten lediglich soviel Raum nutzen, wie notwendig ist, damit die Elektronik perfekt im Rechner läuft“, sagt Frank Urbe.

Für OEMs gibt es schnell spezifische Lösungen

Warum die Automation Rechner mit Prozessoren vom Typ Dual Core und Quad Core schätzt, Raimund Ruf erklärt das wie folgt: „Dual-Core-Rechner sind bei B&R serienmäßig verfügbar. Aktuelle Entwicklungen zielen daher mehr auf eine effizientere Nutzung von Echtzeitkomponenten in Kombination mit Windows ab. Die Vorteile eines Dualcore bzw. Multicore kommen hier voll zum Tragen. Im Falle einer Dual-Core-Struktur läuft die Echtzeitanwendung in genau einem Core, während Windows den zweiten Core nutzt.“ Raimund Ruf bilanziert: „Core2 Duo bringt in die Automatisierung mehr Rechenleistung, welche primär auf Seiten von Windows Vorteile verspricht.“

Prozessor-Entwicklungen kommen Schlag auf Schlag, mit einem Takt, den Intel & Co vorgeben, einer Schlagzahl, dem die IPC-Lieferanten wie auch Kontron folgen müssen. Dabei sieht sich der Anbieter von Embedded Computing-Technologie an vorderster Front. „Für die industrielle Automatisierung ausgelegt, können OEM so schnell ihre spezifische IPC-Lösung auf Basis unserer industriellen Embedded Computing-Plattformen entwickeln“, verspricht Norbert Hauser von Kontron.

Auch der Variantenvielfalt will man gerecht werden. „Unsere Plattformen liefern beispielsweise die passenden Interfaces für die Implementierung industrieller Schnittstellen wie z.B. digitale und analoge I/O, Feldbusse und industrielle Ethernetprotokolle beispielsweise via Standard-PC-Schnittstellen wie USB 2.0, PCI oder PCI-Express bzw. auch integriert wie z.B. beim Hutschienen-PC ThinkIO mit Profibus, CAN, DeviceNet via serielle Schnittstelle sowie EtherCat-Unterstützung via RJ45 oder alternativ mit Profinet RT-Controller sowie Profibus- und CANopen-Master und zukünftig bei Bedarf auch für weitere Industrial Ethernet-Protokolle. BSPs für Soft-PLC sind auch optional mit dabei.“

Eigene Entwicklungen verringern das Risiko

Trotz des Mooreschen Gesetzes, die Nutzer von IPCs mögen es manchmal nicht ganz so schnell. Zwar kann und will die Branche Multicoretechnik und Intel-Prozessoren nicht links liegen lassen, dennoch sind auch die Befindlichkeiten der Kunden zu berücksichtigen, wie Dietmar Kolbus von Lauer weiß: „Trotz des rasanten Fortschrittes achten wir immer auf spezielle Produkteigenschaften. Zum Beispiel versuchen wir, bei IPCs unter anderem eine Verfügbarkeit mit gleicher Technologie beim Prozessor und beim Chipsatz von mindestens fünf Jahren zu erreichen.“ Verglichen mit den Konsumenten aus dem Konsumgüterbereich sieht er die Automatisierer eher etwas konservativ eingestellt. Seine Einschätzung: „Die Kundenapplikationen erfordern auch heute noch nicht um jeden Preis, die neuesten Technologiesprünge sofort mitzugehen.“

Wie sehr Duo-Prozessoren Stand der Technik sind, zeigt sich am Beispiel von Siemens. Bereits auf der SPS/IPC/Drives im Jahre 2006 stellte man den ersten Rack-PC mit Intel Core2 Duo-Prozessor vor, der zweiten Generation der Dual-Core-Prozessoren. Inzwischen haben die Nürnberger alle Bauformen – Rack-, Box- und Panel-PC – auf Basis der Core2-Duo-Prozessortechnologie von Intel innoviert.

Gunther Klima von Siemens: „Im November 2007 haben wir beispielsweise unser IPC-Spektrum mit dem neuen Schaltschrank-PC Box PC 827B abgerundet, und ein weiteres Plattformprodukt folgt noch in diesem Jahr. Unsere Core2- Duo-IPCs setzen alle auf derselben Mainboardbasis mit identischen Prozessoren und Chipsätzen auf. Entwicklung und Fertigung in unserem eigenen Haus reduziert dabei den Evaluierungsaufwand und das Risiko für den Anwender.“

Das Allerneueste in Sachen Mikroprozessortechnologie will behutsam ausgewählt sein. Fortschritt muss zugleich Nutzen bringen und darf eins vor allem nicht: Die Verfügbarkeit der verwendeten Prozessortypen geht vor. Gunther Klima: „Auch bei unserer nächsten IPC-Generation werden wir dem Anwender das Optimum aus State of the Art-Prozessortechnologie aus der Embedded-Linie von Intel, verknüpft mit industriegerechter Langzeitverfügbarkeit, bieten.“ Räumt aber ein: „wobei wir nicht immer jeden Innovationsschritt auf Seite der Prozessoren mitmachen werden, um eine längere Verfügbarkeit von drei bis fünf Jahren bei unseren Gerätegenerationen bieten zu können“, so Klima.

Weiterentwicklung von Box- und Panel-PC

Einen anderen Trend sieht der Leiter Industrial PC der Siemens-Division Industry Automation für die Automation als wichtiger an. Gefragt sind für ihn die Weiterentwicklung von Box- und Panel-PC hin zu höchster Leistung bei sehr kompakter Bauform. Bei den 19“-Rack-PCs legt Siemens den Schwerpunkt auf eine Kombination aus Leistung und höchster Erweiterbarkeit mit bis zu 11 Steckplätzen für PC-Karten. „Wobei auch diese Geräte mit einer geringen Tiefe von 450 mm sehr kompakt sind“, betont Gunther Klima.

Das Technologie-Timing muss stimmen

Die Zukunft der IPC-Technik, für Dietmar Kolbus sieht sie wie folgt aus: „Der Automatisierungsgrad wird unserer Meinung nach weiter steigen, und es kommen auch ständig weitere interessante Branchen hinzu, die neue Chancen für PC-basierende Lösungen bieten.“ Hier sieht er die IPC-Hersteller in der Pflicht, vermehrt neue leistungsfähigere Produkte zu einem immer attraktiveren Preis anzubieten. Dietmar Kolbe mahnt, Prozessortechnik nicht um jeden Preis einzusetzen: „Nicht nur die reine Performance wird eine Voraussetzung sein, um einen Wettbewerbsvorsprung zu erlangen. Andere Punkte wie Design, Zuverlässigkeit und gesamte Systemlösungen zum Beispiel spielen hier nach wie vor eine entscheidende Rolle.“

Hinsichtlich der Prozessortechnologie schlägt Kontron zwei Pfade ein: Der vergleichsweise stromsparenden Multi-Core- Performance stellt Kontron Single-Core-Performance gegenüber, eine Technik mit noch deutlicheren Energieeinsparungen. Hier sind die immer kleineren Fertigungstechnologien mittlerweile bei 45 Nanometer angekommen. „Diese Prozessoren sind kleiner als ein Fingernagel und bieten Taktraten, die noch vor wenigen Jahren zu den leistungsfähigsten zählten. Und schon heute können OEM sich darauf einstellen, dass das, was heute verfügbar ist, bereits im nächsten Jahr wieder getoppt wird.

Aber das ist für Unternehmen, die seit Jahren mit Embedded-PC- Technologie umgehen, keine Neuigkeit,“ sagt Norbert Hauser. Die meisten wissen auch, meint Hauser, wohin der Weg gehe: „Es ist mehr die Frage, ab welchem Punkt die jeweils verfügbare Technologie am effizientesten in eine neue Gerätegeneration implementiert wird. Beides muss folglich zusammenpassen: Die neuen Produkte und die neuen Technologien.“

Gespannt auf neue Formfaktoren

Der Zukunft gelassen entgegen sieht man bei B&R. Für Raimund Ruf ziehen früher oder später die Quadcore-Prozessoren auch im Automatisierungsbereich ein. Dafür sieht sich der österreichische Automatisierer jedoch schon heute gerüstet: „Da mit dem B&R-Automation Studio die Erstellung des SPS-Projektes unabhängig von der Zielplattform erfolgt, steht der effizienten Anwendung von Quad-Core-CPUs zum gegebenen Zeitpunkt nichts im Wege.“ Ruf befürwortet Intels Entwicklungen im CPU-Segment grundsätzlich sehr positiv: „ ..., weil auch in Zukunft ausreichende Prozessorperformance bei gleichzeitig geringer Verlustleistung zur Verfügung steht.“

Ganz pragmatisch kommt für Frank Urbe die Zukunft der IPC-Technik daher. Der IPC-Spezialist von BEG Bürkle sieht folgende zwei Faktoren für die Zukunft als besonders wichtig an. Da ist zum einen der Trend nach noch mehr Miniaturisierung bei gleichzeitig gesteigerter Rechenleistung. Und: Parallellösungen bei IPCs, zum einen lüfterlose Versionen und solche mit Lüftern, aber IPCs „ ... mit baugleichem Formfaktor.“

Leistungsfähige Prozessoren bei sehr niedriger Wärmeabgabe. Andreas Thome von Beckhoff sieht hier klar die Zukunft. Für ihn ermöglichen die kommenden Produkte von Intel, wie die Intel-Atom-Prozessoren (Menlow-Plattform mit Silverthorne-CPU und Poulsbo-Chipsatz), einen weiteren Schritt in der Leistungsdichte der Industrie-PCs. Andreas Thome: „Viel Rechenleistung auf kleinstem Raum – das beflügelt die Phantasie der Ingenieure und Designer, und man darf auf neue Formfaktoren gespannt sein.“

Bei den Embedded-PCs steht für den Beckhoff-Mann das Thema Lüfterlosigkeit bei steigender Prozessorleistung im Vordergrund: „Bei den Industrie-PCs erwarte ich ein intensiveres Zusammenwachsen von Anzeige- und Recheneinheit, da der PC als immer kleinerer Zusatz nicht mehr das bestimmende Element bei der Gerätekonstruktion sein wird, sondern eher als „Anhängsel“ des Displays fungieren wird. Außerdem würde es mich nicht überraschen, wenn ein PC auch in die Leistungssteller für Motoren oder in einzelne Maschinenteile Einzug halten würde.“

Für Andreas Thome fällt man damit automatisch wieder in die abgeschlossen geglaubte Diskussion „Zentrale versus dezentrale Steuerungstechnik“ zurück. Um so weiter die Miniaturisierung bei den Prozessoren fortschreitet, desto mehr rückt natürlich auch das Thema dezentraler Intelligenz in den Vordergrund, meint Andreas Thome. Diese erfordere wieder leistungsfähigere Entwicklungswerkzeuge, um einen Gesamtkomplex aus vielen einzelnen CPUs zu beherrschen und zu programmieren: „Als Folge müssen sich auch die Programmierstandards in der Automatisierungstechnik in Richtung verteilter Systeme weiter entwickeln.“

Noch also ist bei der Entwicklung der IPC-Technik kein Ende abzusehen. Noch rennt der Trend!

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