Jste zde

Intel TCC – real-time na úrovni procesorů Core i Atom

Robert Peška , 17. Prosinec 2020 - 8:05

Real-time networking je jen jedním z předpokladů pro řízení průmyslových procesů. Pořadavkům na běh v reálném čase se musí podřídit všechny IT nástroje, od procesorů, přes počítače až po virtuální prostředky.

Spolupráce výpočetních jednotek s časovou koordinací je předpokladem pro přesné řízení průmyslových systémů. Systém Time Coordinated Computing od Intelu řeší tento úkol na úrovni procesorů. Na síťové úrovni se potom spoléhá na již existující standard TSN, time-sensitive networking, podle IEEE 802.1. Zatímco síťový standard TSN spolehlivě řeší latenci přenosu informací, Intel se soustředí na to, aby informace byly včas zpracovány.

Missing deadline=system failure

Těžko přeložitelný, ale v IT velmi dobře pochopitelný princip popisuje úskalí real-time operací. Pokud výpočetní operace není dokonale ošetřena z hlediska průběhu a ukončení, mohou okolní systémy čekat na výsledek libovolně dlouho. V běžném IT je různě dlouhá prodleva pro získání výsledku tolerována, i kdy ž není žádoucí.Proti tomu například aditivní výroba nemůže čekat na to, kdy a zdali vůbec dostane data pro další vrstvu, kterou má nanést. Ve hře je přesnost i výsledné vlastnosti materiálu.
Faktorů, které mohou ovlivnit dobu zpracování výsledků, je celá řada. Na systémové úrovni computingu, kterou se zabývá Intel, je to zejména:

Priorizace real-time operací v přístupu k cache, pamětem a síti
Minimalizace přerušování operací ostatní zátěží
Optimalizace výkonu pro real-time a ostatní operace
Zajištění dostupnosti fyzických i virtualizačních prostředků v potřebné prioritě.

Dalšími předpoklady pro real-time operace je samozřejmě dostatečně robustní software, který zcela nekompromisně ošetří veškeré provozní stavy a zajistí včas data pro časově kritické operace. Již před několika lety architekti průmyslových IT systémů konstatovali, že síťové prostředí, které zvládne přenos dat s konstantní latencí pouze vytváří podmínky pro deterministické algoritmy software. To představuje velkou výzvu, protože celé IP prostředí, síťový software i cloudové služby jsou postaveny na časově nevázaném principu, kdy pakety informací cestují celkem volně.

Procesory Intel

První procesory, podporující architekturu Time Coordinated Computing (TCC), představil Intel již v roce 2016. Toto datum se ukázalo jako velmi vizionářské, takže větší zájem vzbudily procesory Atom, podporující TCC, až v roce 2019. Na okraj je dobré poznamenat, že existuje trochu zmatek ve zkratkách, protože TCC se ve stejné době objevuje jako Thermal Control Circuit také u teplotního managementu procesorů Intel Joule.

V roce 2020 je k dispozici již jejich jedenáctá generace procesorů Atom a zahrnuje modely Atom x6 řad RE a FE. Podporu TCC a TSN Intel nově integroval také do produktové řady Core i3, i5 a i7 v provedení GRE.

Charakteristika rodiny Atom x6:

Dvou a čtyřjádrové verze s taktem až 3 GHz
Čip vedle CPU obsahuje také paměť, cache, grafický akcelerátor a kontrolér periferií
Integrovaná podpora 3D grafiky ( DirectX 12, OpenGL 4.5, OpenGL-ES 3.2 a Vulkan 1.1)
Podpora kodeků (MPEG2, H.264 (L5.2), VC-1, WMV9, VP8, JPEG/MJPEG, H.265 (HEVC), VP9)
12 rozhraní PCIe/ETH/USB/SATA, CAN, eSPI, ..
Rozšířené bezpečnostní funkce a Intel Programmable Service Engine (koprocesor ARM Cortex M7)

Průmyslové počítače

Implementaci blíže, než samotné procesory mají průmyslové a jednodeskové počítače, postavené na procesorech Intel. Na uvedení jedenácté generace Intel Core (Tiger Lake) a Intel Atom x6 (Elkhart Lake) v druhé polovině roku 2020 navázal Congatec, který podporuje TCC a TSN v nových produktových řadách COM Express (Type 6 a Type 10), SMARC 2.1 nebo Qseven 2.1.

Celá oblast využití TCC a TSN se více než kategorie embedded počítačů zatím točí okolo IT firem, jak prozrazuje například německá iniciativa LNI4.0. Vedle Intelu, ADI, univerzit a výzkumných institucí se testování sítí s TSN věnují zejména firmy z oblasti IT a průmyslové automatizace.