CARTES PC: PLUS PE­TITES, PLUS PUIS­SANTES, PLUS CONNECTÉES

Les nom­breux for­mats de cartes PC consti­tuent une fa­mille de pro­duits foi­son­nante. Mais mal­gré leur di­ver­si­té, ces sys­tèmes suivent des ten­dances com­munes. Leur taille se ré­duit, leur puis­sance de cal­cul aug­mente, et ils sont mieux pré­pa­rés aux contrainte

Mesures - - Front Page - An­toine Cap­pelle

Em­bar­quées dans de nom­breuses ap­pli­ca­tions, no­tam­ment les ma­chines in­dus­trielles et les vé­hi­cules, les cartes PC consti­tuent une fa­mille de pro­duits très large, en termes de for­mats comme de per­for­mances. Elle in­clut aus­si bien des sys­tèmes des­ti­nés à des ap­pli­ca­tions grand pu­blic, mais éga­le­ment des cartes adap­tées aux contraintes spé­ci­fiques de l’in­dus­trie.avec le temps, les for­mats évo­luent, ain­si que les ca­pa­ci­tés de cal­cul. Les PC sur carte s’adaptent aux nou­velles de­mandes du mar­ché: trai­ter plus de don­nées, gé­rer des ap­pli­ca­tions gra­phiques, et bien sûr gé­rer des ap­pa­reils connec­tés. « Nos clients sont prin­ci­pa­le­ment des fa­bri­cants d’au­to­ma­tismes in­dus­triels, de ma­té­riel mé­di­cal, de sys­tèmes de di­ver­tis­se­ment, ou en­core des en­tre­prises aé­ro­nau­tiques ou de trans­ports, énu­mère Pe­ter Mül­ler, en charge de l’offre de Kon­tron. Les pro­duits que l’on qua­li­fie de PC sur carte vont du Rasp­ber­ry à des pro­duits de plus en plus spé­ci­fiques, comme les for­mats COM Express ou Qse­ven, sou­ligne Ch­ris­tian Amat, gé­rant du dis­tri­bu­teur ADM21. Il peut être dif­fi­cile de s’y re­trou­ver avec l’ar­ri­vée en plus de nou­veaux for­mats. Par ailleurs, il existe beau­coup de termes génériques pour dé­crire ces pro­duits. On peut par­ler de PC sur carte, mais aus­si de PC em­bar­qué. C’est par­fois vague et ce­la concerne tous les en­vi­ron­ne­ments, et des ap­pli­ca­tions très dif­fé­rentes ». Bien sûr, même si cer­tains for­mats, comme L’ITX ou le Mini ITX, se re­trouvent dans les ap­pli­ca­tions grand pu­blic, le mar­ché in­dus­triel se dif­fé­ren­cie par des contraintes spé­ci­fiques. La plage de tem­pé­ra­ture est éten­due, par­fois jus­qu’à -40 et +85°C. La ré­sis­tance aux chocs et aux vi­bra­tions, ou en­core aux per­tur­ba­tions élec­tro­ma­gné­tiques, sont d’autres cri­tères im­por­tants. Souvent, ces cartes se passent de ven­ti­la­teurs, « car c’est l’un des élé­ments les plus cri­tiques », note Alexandre Ca­ghas­si, en charge du dé­ve­lop­pe­ment com­mer­cial

chez Ad­van­tech. Contre les vi­bra­tions, l’une des so­lu­tions est de ren­for­cer l’épais­seur de la connec­tique : « L’épais­seur de la couche d’or, qui pro­tège le ni­ckel, peut se dé­gra­der ra­pi­de­ment à cause des vi­bra­tions, pré­vient Élie Gas­nier, vi­ce­pré­sident mar­ke­ting du dis­tri­bu­teur et in­té­gra­teur Ecrin Sys­tems. Ce­la en­gendre de l’oxy­da­tion, et donc des mau­vais con­tacts. Ain­si, le fa­bri­cant Ad­link Tech­no­lo­gy uti­lise par exemple des couches d’or plus im­por­tantes ».

Ga­ran­tir la pé­ren­ni­té des pro­duits

La du­rée de vie des pro­duits compte éga­le­ment par­mi les cri­tères spé­ci­fiques à l’in­dus­trie : « Ad­link Tech­no­lo­gy suit la road­map d’in­tel pour les pro­duits em­bar­qués, ex­plique Élie Gas­nier. Pro­ces­seurs et chip­sets sont sé­lec­tion­nés dans la gamme In­tel pour ga­ran­tir une pé­ren­ni­té d’au moins sept ans. » En ef­fet, In­tel sort ré­gu­liè­re­ment de nou­velles plates-formes. « Dans le com­merce, au bout de deux ans, il n’est plus pos­sible d’ache­ter la carte que l’on uti­li­sait », pour­suit-il. Lors­qu’un pro­duit in­dus­triel est sur le point de ne plus être fa­bri­qué, le fa­bri­cant an­nonce la fin de vie afin que les clients puissent s’y pré­pa­rer : soit ils achètent du stock d’avance, soit ils re­voient leur concep­tion. La di­ver­si­té foi­son­nante des PC sur carte tend à se ré­duire au fil du temps. « Il y a 10 ou 15 ans, ces pro­duits étaient ex­trê­me­ment spé­ci­fiques », note Ch­ris­tian Amat (ADM21). Mais le mar­ché se stan­dar­dise. « Ce­la va conti­nuer à évo­luer, de la même fa­çon que l’ont fait les PC por­tables. Alors qu’il exis­tait énor­mé­ment d’ar­chi­tec­tures il y a 30 ans, il n’existe plus au­jourd’hui qu’une grande ar­chi­tec­ture In­tel, com­mune à plu­sieurs marques », ajoute-t-il. Sans ré­duire au­tant la di­ver­si­té de l’offre, cette ten­dance de­vrait en tout cas per­mettre aux uti­li­sa­teurs d’ob­te­nir des so­lu­tions plus éco­no­miques. On dis­tingue deux types de cartes. Les cartes au­to­nomes et les mo­dules à connec­ter sur une carte de fond de pa­nier, comme les cartes de type COM, Qse­ven,tx, ou en­core SMARC (orien­tés vers les ap­pli­ca­tions à bas coût). Ces der­niers présentent l’avan­tage d’être évo­lu­tifs : « Il y a une forte de­mande au­jourd’hui pour les mo­dules COM, com­pre­nant le pro­ces­seur, le chip­set, les sor­ties Ether­net et SATA, avec un ou deux em­pla­ce­ments SODIMM pour la mé­moire », ex­plique Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). Ils per­mettent à l’uti­li­sa­teur ou à l’in­té­gra­teur de dé­ve­lop­per une carte por­teuse sur la­quelle en­fi­cher le mo­dule, pour écla­ter toute la connec­tique et l’agen­cer se­lon ses be­soins. Ce sys­tème pré­sente aus­si l’avan­tage de sim­pli­fier le rem­pla­ce­ment d’un com­po­sant en cas de pro­blème. « Il y a de nom­breux for­mats de mo­dules COM, mais la ten­dance au­jourd’hui est au COM Express, avec bus PCI Express », ana­lyse Élie Gas­nier. Pour les cartes au­to­nomes, on parle souvent de «Single Board Com­pu­ters», ou SBC. À la dif­fé­rence des cartes telles que les mo­dules COM, elles fonc­tionnent comme un PC stan­dard: tous les com­po­sants et in­ter­faces y sont in­té­grés. « Les for­mats ont évo­lué de L’ITX vers le Mini, Mi­cro et Pi­co ITX, dé­taille Pe­ter Mül­ler (Kon­tron). Les Pi­co ITX sont des­ti­nés aux ap­pli­ca­tions très contraintes en termes de taille. Les Mini ITX sont plus grands, mais offrent plus de per­for­mances. Ces deux for­mats sont les plus cou­rants ac­tuel­le­ment. » Les mo­dules de type COM et les SBC se dif­fé­ren­cient en fonc­tion du ni­veau d’in­té­gra­tion sou­hai­té par le fa­bri­cant d’équi­pe­ments qui conçoit l’ap­pa­reil où se­ra uti­li­sée la carte. « Lorsque L’OEM ne trouve pas ce dont il a be­soin par­mi les SBC, il se tourne vers le COM, pré­cise Alexandre Ca­ghas­si (Ad­van­tech). S’il a be­soin de fonc­tions de cal­cul sup­plé­men­taires, de type FPGA, il faut pas­ser par une carte por­teuse. Mais l’avan­tage des SBC est de ré­duire le temps de mise sur le mar­ché ».

Des cartes tou­jours plus pe­tites

« Il y a en­core une ba­taille pour sa­voir quel fac­teur de forme va s’im­po­ser, es­time Ch­ris­tian Amat (ADM21). En em­bar­qué,

il n’en res­te­ra sû­re­ment que deux ou trois. La puis­sance de dif­fu­sion com­mer­ciale, la ca­pa­ci­té de com­mu­ni­quer et de trai­ter les don­nées fe­ront la dif­fé­rence. » De fa­çon gé­né­rale, la ten­dance va vers une ré­duc­tion de la taille. « L’es­pace coûte de l’ar­gent, les fa­bri­cants veulent donc des cartes de plus en plus pe­tites, ob­serve Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). Il n’est pas tou­jours pos­sible d’avoir des cal­cu­la­teurs en rack 19 pouces, 2U ou 4U. » Après les cartes au for­mat ATX (305 x 244 mm) sont ar­ri­vées les mo­dèles au for­mat Mi­cro ATX (244 x 244 mm), puis Mini ITX (170x170mm). « Beau­coup de for­mats vont dis­pa­raître, pré­voit Pe­ter Mül­ler (Kon­tron). Si des pro­jets an­ciens uti­lisent en­core les plus gros for­mats de carte, les nou­veaux uti­lisent plu­tôt les pe­tits for­mats.ain­si, les Mini ITX et Pi­co ITX de­vraient exis­ter en­core long­temps ». En termes de connec­tique, « les bus pa­ral­lèles dis­pa­raissent, rem­pla­cés par les stan­dards PCI, PCI Express, ain­si que L’USB et l’ether­net », ob­serve Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). Le bus PCI Express (PCIE) per­met de ra­jou­ter des com­po- sants pour trans­for­mer des lignes USB en RS-232, par exemple, pour ajou­ter des ports Gi­ga­bit Ether­net ou des fonc­tions que l’on n’au­rait pas d’origine sur une carte. « De­puis peu, tout le monde doit s’in­ter­fa­cer avec tout le monde », note Ch­ris­tian Amat (ADM21). Les cartes doivent donc pou­voir com­mu­ni­quer entre elles de fa­çon stan­dar­di­sée. Ain­si, « cer­taines cartes au for­mat Qse­ven ac­ceptent main­te­nant des cartes de type PC 104, PCIE, ou COM Express », in­dique-t-il.toutes les ca­rac­té­ris­tiques de ce type de cartes sont nor­ma­li­sées par le consor­tium in­ter­na­tio­nal PICMG, qui réunit les prin­ci­paux fa­bri­cants, uti­li­sa­teurs et in­té­gra­teurs de cartes. « Les normes font évo­luer les ca­rac­té

ris­tiques mé­ca­niques, les connec­teurs, les

sor­ties de chaque si­gnal sur le fond de pa­nier : il faut que tout soit com­pa­tible », dé­crit Élie Gas­nier. Pour Ch­ris­tia­na­mat (ADM21), avec la stan­dar­di­sa­tion des pla­tes­formes, « il de­vient de moins en moins com­pli­qué de trou­ver des cartes d’ex­ten­sion, pour des tech­no­lo­gies comme la 3G, la 4G, les com­mu­ni­ca­tions sé­ries, la RFID, ou en­core le Wi-fi ». Les sys­tèmes de cal­cul sont tou­jours plus pe­tits, mais éga­le­ment tou­jours plus puis­sants. « C’est In­tel qui sort le plus de nou­veaux pro­ces­seurs », in­dique Franck Bern­heim, di­rec­teur gé­né­ral d’ar­bor Tech­no­lo­gies France. La gé­né­ra­tion Sky­lake, sor­tie en 2015, est per­for­mante et peu consom­ma­trice, deux cri­tères im­por­tants pour l’em­bar­qué ( voir en­ca­dré page 26). « On les uti­lise lorsque l’on a be­soin d’une bonne per­for­mance gra­phique, pour contrô­ler plu­sieurs écrans si­mul­ta­né­ment, par exemple », pré­cise-t-il.

Per­for­mances gra­phiques

Les per­for­mances en termes de trai­te­ment gra­phique gagnent jus­te­ment en im­por­tance pour cer­taines ap­pli­ca­tions. « Les ma­chines de contrôle de forme ba­sées sur la vi­sion, par exemple, ont be­soin de per­for­mances de cal­cul im­por­tantes, ajoute Franck Bern­heim. Il faut pou­voir faire fonc­tion­ner des ca­mé­ras en temps réel, avec beau­coup de pré­ci­sion. » Le sec­teur de l’ima­ge­rie mé­di­cale de­mande éga­le­ment des per­for­mances gra­phiques im­por­tantes. « Ce­la in­té­resse aus­si le mi­lieu mi­li­taire ou l’aé­ro­nau­tique, constate Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). L’ex­trac­tion d’in­for­ma­tions utiles dans des vi­déos est une ap­pli­ca­tion im­por­tante.le trai­te­ment doit être em­bar­qué et en temps réel ». De nou­veaux ac­teurs s’at­taquent à ce cré­neau : « Nvi­dia, qui était plu­tôt tour­né vers le mar­ché grand pu­blic à l’origine, com­mence à fa­bri­quer des cartes dans le do­maine de l’em­bar­qué, avec le for­mat Jet­son, note Ch­ris­tia­na­mat (ADM21). Ils com­mencent à se po­si­tion­ner sur le mar­ché des ma­chines au­to­nomes. Les drones ou les mi­ni­ro­bots, par exemple, vont avoir be­soin de vi­sion pour pou­voir évo­luer dans leur en­vi­ron­ne­ment. » L’ob­jec­tif : as­so­cier puis­sance de cal­cul gra­phique et com­pa­ci­té du for­mat. « On trouve de plus en plus de pro­ces­seurs gra­phiques in­té­grés (GPU), no­tam­ment chez AMD, qui peuvent com­por­ter jusque 500 coeurs », ob­serve Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). En pa­ral­lèle, on de­mande aux ma­chines d’êtres de plus en plus si­len­cieuses, c’est-à-dire de se pas­ser de ven­ti­la­teurs. « Mais plus un pro­ces­seur est puis­sant, plus il faut une dis­si­pa­tion ther­mique forte », pré­vient Alexandre Ca­ghas­si (Ad­van­tech). Une so­lu­tion pos­sible est de « concen­trer les or­ganes chauf­fants de la carte dans une même zone, pour cen­tra­li­ser la dis­si­pa­tion ther­mique », ex­plique-t-il. Ce­la fa­ci­lite la dis­si­pa­tion par points de conduc­tion, via le châs­sis. « Toutes les cartes in­dus­trielles se res­semblent, mais ce sont les ser­vices pro­po­sés au­tour qui sont im­por­tants », es­time Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). De ce point de vue, chaque fa­bri­cant de cartes a des fonc­tions à pro­po­ser. Ad­link Tech­no­lo­gy, par exemple, fa­vo­rise l’ali­men­ta­tion élec­trique par USB. « Si ce sys­tème n’est pas bien étu­dié, il existe un risque de perdre des pé­ri­phé­riques », pour­suit-il. Les pro­blèmes d’ali­men­ta­tion peuvent avoir d’autres consé­quences : « Nous avons bre­ve­té un bios an­ti-crash, ex­plique Franck Bern­heim (Ar­bor Tech­no­lo­gies). Cette in­no­va­tion a pour but de sé­cu­ri­ser le bon fonc­tion­ne­ment d’une carte. » En ef­fet, un pic, une chute de ten­sion ou une cou­pure d’ali­men­ta­tion risque de cra­sher le bios d’un PC et d’em­pê­cher son re­dé­mar­rage. Pour y re­mé­dier, la ma­chine doit gé­né­ra­le­ment re­tour­ner à l’usine. « C’est pour­quoi nous avons in­té­gré un sys­tème de bios de se­cours, qui re­pro­gramme au­to­ma­ti­que­ment le bios prin­ci­pal, pour ga­ran­tir la dis­po­ni­bi­li­té im­mé­diate des pro­duits et amé­lio­rer ain­si sa lon­gé­vi­té. Toutes nos nou­velles cartes en sont équi­pées », pour­suit-il. Pour fa­ci­li­ter l’ajout d’ex­ten­sions à une carte Pc,ad­van­tech pro­pose le sys­tème de connec­teurs MI/O, per­met­tant d’im­plé­men­ter des en­trées/sor­ties mul­tiples. « Il est ou­vert en termes de spé­ci­fi­ca­tions, ex­plique Alexandre Ca­ghas­si. Nous four­nis­sons aux OEM l’en­semble des sché­mas de sor­ties, pour qu’ils puissent conce­voir leur propre carte d’ex­ten­sion. Mais il en existe aus­si sur ca­ta­logue. » L’in­té­rêt est de pou­voir ajou­ter des fonc­tions au sys­tème, comme par exemple une nou­velle sor­tie vi­déo ou un com­mu­ta­teur, en bran­chant sim­ple­ment une carte, et ain­si ré­duire le temps de mise sur le mar­ché. En rai­son des be­soins crois­sants en connec­ti­vi­té, les cartes de­vraient à l’ave­nir in­té­grer des puces dé­diées à cette fonc­tion, pour four­nir par exemple la 4G ou le Blue­tooth. « Il y au­ra une ré­duc­tion des in­ter­faces », pré­voit Pe­ter Mül­ler (Kon­tron). Mais connec­ter des ma­chines im­plique pour beau­coup des craintes en termes de sé­cu­ri­té. Face à ce pro­blème, Kon­tron pro­pose une so­lu­tion bap­ti­sée Ap­pro­tect, à la fois lo­gi­cielle et ma­té­rielle. Elle pro­tège par exemple contre la co­pie, les in­tru­sions ex­té­rieures, et contrôle quels lo­gi­ciels peuvent fonc­tion­ner. L’émer­gence de l’in­dus­trie 4.0 et de ses ob­jets connec­tés est une ques­tion d’ac­tua­li­té pour les fa­bri­cants de cartes. « Cette trans­for­ma­tion est en route. On en parle beau­coup, il existe des in­fra­struc­tures, mais les en­tre­prises de taille moyenne ré­flé­chissent en­core à leur ap­proche, à la meilleure fa­çon d’en ti­rer bé­né­fice, en bais­sant les coûts de pro­duc­tion ou de main­te­nance », com­mente Pe­ter Mül­ler. Quant àad­van­tech, il a ins­crit l’in­ter­net des ob­jets dans sa stra­té­gie, et in­ves­tit sur le su­jet. « Les com­mu­ni­ca­tions sans fil se­ront un point im­por­tant de nos pro­chaines sor­ties », in­dique Alexandre Ca­ghas­si. Le fa­bri­cant de­vrait im­plé­men­ter des tech­no­lo­gies de com­mu­ni­ca­tions telles que Lo­ra ou la ra­dio «Ul­tra Nar­row Band» uti­li­sée par Sig­fox. « Il fau­dra éga­le­ment pro­po­ser à l’ave­nir des sur­couches lo­gi­cielles pour per­mettre aux clients de conce­voir leurs propres ap­pli­ca­tions re­la­tives à l’in­ter­net des ob­jets, en fonc­tion du mar­ché ver­ti­cal qu’ils ciblent », conti­nue Alexandre Ca­ghas­si. « Il fau­dra être ca­pable de ré­cu­pé­rer les don­nées du moindre pe­tit cap­teur com­mu­ni­quant », pré­voit Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). Comment alors ne pas se lais­ser noyer par la masse du «Big Da­ta» ? « Il fau­dra re­mon­ter sur un concen­tra­teur, jouant le rôle de pas­se­relle et in­té­grant éven­tuel­le­ment un cal­cu­la­teur pour trai­ter et ana­ly­ser les in­for­ma­tions, afin de prendre des dé­ci­sions ou faire re­mon­ter les in­for­ma­tions per­ti­nentes »,

pour­suit-il. En ef­fet, les sys­tèmes en cloud ne pour­ront pas gé­rer au­tant d’in­for­ma­tions dans le cadre d’ap­pli­ca­tions en temps réel, telles que celles que l’on trouve dans l’in­dus­trie. Les PC sur carte au­ront donc un rôle à jouer sur les concen­tra­teurs in­ter­mé­diaires.

Un vaste éco­sys­tème

Ce­la im­plique d’être ca­pable de gé­rer les cartes à dis­tance, voire d’ef­fec­tuer de la main­te­nance pré­dic­tive. « Pour sur­veil- ler en lo­cal ou à dis­tance l’état de san­té de la carte PC, on peut ajou­ter un BMC (Board Ma­na­ge­ment Con­trol­ler), ex­plique Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). C’est un mi­cro­con­trô­leur qui per­met de vé­ri­fier à chaque ins­tant les tem­pé­ra­tures, les ten­sions, ou en­core la vi­tesse des ven­ti­la­teurs. » Ce sys­tème per­met par exemple de dé­clen­cher un fonc­tion­ne­ment en mode dé­gra­dé si be­soin, d’ac­cé­lé­rer les ven­ti­la­teurs ou d’in­di­quer si leurs rou­le­ments né­ces­sitent d’être chan­gés. Pe­tit à pe­tit, sur le mar­ché, « le lo­gi­ciel prend le pas sur le ma­té­riel, es­time Élie Gas­nier (Ecrin Sys­tems). De­puis 15 ans, nous ne ven­dons plus des cartes, mais des sys­tèmes prêts à l’uti­li­sa­tion. Les clients veulent une fonc­tion don­née, pour un en­vi­ron­ne­ment par­ti­cu­lier. » Ain­si, les offres in­cluent des ou­tils lo­gi­ciels de trai­te­ment des don­nées ou des ou­tils de mo­ni­to­ring. Rai­son­ner en termes de so­lu­tion, et plus seule­ment de ma­té­riel, c’est aus­si la dé­marche d’ad­van­tech, no­tam­ment grâce ÀWISE-PAAS. « Cette so­lu­tion gère non seule­ment la trans­mis­sion des in­for­ma­tions is­sues de cap­teurs, mais aus­si la stan­dar­di­sa­tion des pro­to­coles de com­mu­ni­ca­tion, ex­plique Alexandre Ca­ghas­si. Mais nous vou­lons al­ler plus loin, et pro­po­ser des so­lu­tions di­rec­te­ment connectées au cloud. Nous avons un par­te­na­riat avec Mi­cro­soft pour in­té­grer Azure IOT, par exemple. » Plon­gés dans le bain de l’in­dus­trie 4.0, les PC sur carte ne sont donc plus des sys­tèmes à consi­dé­rer de fa­çon iso­lée, mais comme des com­po­sants d’un vaste éco­sys­tème connec­té.

Les Single Board Com­pu­ters sont des sys­tèmes au­to­nomes qui em­barquent tous les élé­ments né­ces­saires à leur fonc­tion­ne­ment. Les sys­tèmes mo­du­laires, en re­vanche, né­ces­sitent des ex­ten­sions.

Les cartes évo­luent vers des for­mats plus com­pacts, à l’ins­tar de L’ITX, ayant évo­lué vers le Mini, Mi­cro et Pi­co ITX.

L’in­té­gra­tion de cartes in­dus­trielles né­ces­site par­fois de gé­rer des in­ter­ac­tions élec­tro­ma­gné­tiques com­plexes.

Les mo­dules COM se branchent sur une carte de fond de pa­nier, per­met­tant aux in­té­gra­teurs d’agen­cer la connec­tique se­lon leurs be­soins.

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