Visualisierung in der Industrie: Steht ein Generationenwechsel an? 5. Juni

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Karl Friedrich Gerber
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1 Visualisierung in der Industrie: Steht ein Generationenwechsel an? 5. Juni

2 Abstract Der iphone Effekt zeigt seine Auswirkungen auch in der Industrie. Neue moderne Bedienoberflächen und Visualisierungen mit Multitouch und Grafikanimation stellen immer höhere Anforderungen an die Grafikleistung einer Anzeige- oder Bedieneinheit. Was für Auswirkungen hat dies auf die HW Entwicklung und welche neuen Möglichkeiten bieten neue Techniken. Anhand von Beispielen zeigen wir verschiedene Wege und Möglichkeiten wie sich anspruchsvolle Konzepte umsetzen lassen. 5. Juni

an die Grafikleistung einer Anzeige- oder Bedieneinheit.

3 Übersicht 1. About TRENEW 2. Anforderungen an die Visualisierung 3. Embedded Rechnerplattformen 4. Grafikperformance CPU/GPU 5. Grafik & Software 6. Displayschnittstellen 7. Auswirkungen / Zeithorizont 5. Juni

4 1. About Trenew Trenew ist ein mittelständisches Unternehmen mit über 50 Mitarbeitern mit Sitz in Rüti Tätig in 5 Bereichen Embedded Computing Systems Power Supplies Electronic Packaging Electronic Engineering Assembling & Test Seit vielen Jahren produzieren wir Industrie Rechner. Seit ca. 1 Jahr ist Grafikpower ein Dauerthema! 5. Juni

Electronic Packaging Electronic Engineering Assembling & Test Seit vielen Jahren

5 2. Anforderungen an die Visualisierung In der Vergangenheit gab es klare Unterschiede an die Anforderung zwischen Industrie und Consumer Industrie wenig Grafikanforderung, wenig Vektorgrafik und Skalierung iphone Effekt ändert die Ansprüche der User Industrie ist gezwungen nachzuziehen, die Grafikperformance fehlt für die neue Visualisierung Vektorgrafik zwingt Rechner mit FPU Grafikcontroller einzusetzen 5. Juni

iphone Effekt ändert die Ansprüche der User Industrie ist gezwungen nachzuziehen, die Grafikperformance

6 3. Embedded Rechnerplattformen Bis ca hatten embedded x86 CPU s keine integrierte Grafik Ab ca mit dem Pentium M ist die Grafik im Chipsatz integriert. Embedded Grafikcontroller verschwinden Im Februar 2008 kommen die ersten Atom Prozessoren. (von Intel als Ablösung /Alternative zu RISC Prozessoren Die «Chip-Satz» Grafik ist genügend gut für Industrieapplikationen und konventionelle Bedienoberflächen RISC Prozessoren werden immer leistungsfähiger Wie unterscheiden sich CPU s für PDA, Smart Phones, embedded und PC noch? Sind diese Welten noch zu trennen? 5. Juni

Embedded Grafikcontroller verschwinden Im Februar 2008 kommen die ersten Atom Prozessoren.

7 3.1 RISC Prozessoren RISC Prozessoren als alternative zu Microcontrollern Ausführungen beziehen sich im weiteren vor allem auf ARM (PowerPC, MIPS, SPARC) Neuere Generationen haben eine enorme Grafikleistung (NVIDIA Tegra 3 bis 2048x1536 Pixel) Dies ist die Plattform für aktuelle Smartphones, wo gerade die Grafikperformance und die Verlustleistung im Vordergrund stehen Die Einschränkung für viele industrielle Anwendungen ist aktuell vor allem das Betriebssystem (Windows 8 wird RISC Prozessoren unterstützen) Intel versucht mit dem Medfield Design (Z2460) im Bereich Smartphones Fuss zu fassen (Grafik SGX540 von Power VR) 5. Juni

Grafikperformance und die Verlustleistung im Vordergrund stehen Die Einschränkung für viele industrielle Anwendungen ist aktuell vor allem das Betriebssystem

8 3.2 ARM Prozessoren Übersicht 5. Juni

9 3.3 «Kleine» x86er Prozessoren: Die Atom Klasse Atom Designs: Z (Smartphone), N (Netbook), D (Desktop) und E (embedded) Nur die Tunnelcreek Plattform ist ein «echtes» embedded design (Tunnelcreek: E6xx + EG20T). Grafikleistung ist sehr begrenzt Die neuen Cedar Trail bringen bis 90% Grafikperformance Steigerung (N2600, N2800, der D2700 wird bereits ersetzt durch den D2550 (aus der embedded Schiene genommen)) Die AMD G-Serie bringt wesentlich mehr Grafikpower als jeder Atom Prozessor 5. Juni

Grafikleistung ist sehr begrenzt Die neuen Cedar Trail bringen bis 90% Grafikperformance Steigerung (N2600, N2800, der D2700

10 3.4 x86 high Performance In vielen Industrieanwendungen werden x86er Rechner mit Windows Betriebssystem eingesetzt: Ein Atom Prozessor ist ausreichend, viele Schnittstellen sind verfügbar aber die Grafikperformance ist zu schwach Der nächste (grosse) Schritt ist hin zu den i3, i5, i7 Plattformen. Die CPU Leistung ist wesentlich höher, die Grafikleistung wächst aber nicht im gleichen Verhältnis Die Grafik «wächst» über Sandy Bridge (QM67) zur Ivy Bridge (QM77) AMD kündigt die neue «R-Klasse» an: Nicht downsizing für «Internet of things» sondern «upgrading with more graphical whizz» 5. Juni

11 3.5 x86 CPU mit «Chipset» Grafik Celeron M Atom AMD G Core2Duo CPU Grade Intel Celeron M 1.5GHz N G D GHz D GHZ N GHz AMD G-T44R 1.2GHz Intel Core2Duo T GHz Intel Core 2 Duo i7@610e Chipset 910GMLE+ ICH6M ICH8M ICH8M ICH8M Intel NM10 AMD FCH M3 GME965 + ICH8M i7 2.53GHz + QM57 RAM Type DDR2 1GB DDR3 1G DDR2 1G DDR3 1G DDR3 2G DDR3 2G SO-DIMM 1G DDR3 1GB OS Environment XP XP XPE XP Win7 XP XP XP CPU-ALU no support CPU-FPU no support GPU 3D SCORE ( 1024 x 768 ) Burn-in test (Full Loading) Watt 28.6 W 10.8W 19.8W 16.44W 13.08W 9.6W 43.7W 52.64W 5. Juni

53GHz + QM57 RAM Type DDR2 1GB DDR3 1G DDR2 1G DDR3 1G DDR3 2G DDR3 2G SO-DIMM 1G DDR3 1GB OS Environment XP XP XPE XP Win7 XP XP XP CPU-ALU 4870 4209 8403 9063 8196 3161

12 4. Grafikperformance CPU/GPU Vergleichsmessungen sind sehr schwierig: Gegenseitige Beeinflussung von OS, RAM, FPU CPU, Applikations- SW etc. Benchmarktests 2D, 3D Für Digital Signage Anwendungen wird oft eine Intel CPU durch einen Grafikcontroller ergänzt (PCIe) 5. Juni

Benchmarktests 2D, 3D Für Digital Signage Anwendungen wird oft eine

13 4.1 Grafikperformance Benchmark Tests 5. Juni

14 4.2 CPU mit Grafik Controller Atom AMD-G CPU Grade N GHz N GHz D GHz D GHz AMD G-T44R 1.2GHz Chipset ICH8M Nvidia GT218-ILV-A3 ICH8M Nvidia GT218-ILV-A3 AMD FCH M3 RAM Type DDR3 1G DDR3 2G DDR3 1G DDR3 2G DDR3 2G OS Environment XP XP XPE XP XP CPU-ALU CPU-FPU Mflops GPU 3D SCORE ( 1024 x 768 ) Burn-in test (Full Loading) Walt 10.8W 30W 21W 30W 9.6W 5. Juni

DDR3 2G OS Environment XP XP XPE XP XP CPU-ALU CPU-FPU 4209 4104 9088 9059 3161 3485 3423Mflops 7530 7502 3275 GPU

15 5. Grafik & Software Applikations SW wird oft von der «IT» entwickelt und muss dann auf ein embedded System portiert werden Die Entwicklungsplattform hat «beliebig» Ressourcen Portiert auf das Zielsystem fällt die Performance zusammen Bsp. Definition für ein Bedienpanel RISC ARM9-200MHz (netx von Hilscher). Im Laufe des Projektes wurde die SW unter.net entwickelt. Neue Anforderung min. ARM9 512MHz 5. Juni

fällt die Performance zusammen Bsp. Definition für ein Bedienpanel RISC ARM9-200MHz (netx von Hilscher).

16 6. Displayschnittstellen Mit höherer Auflösung und grösserer Farbtiefe erhöht sich die Bandbreite mit Einfluss auf EMV und Kabellänge Intel und AMD unterstützen ab 2013 kein LVDS mehr ab 2015 wird Intel und AMD VGA und DVI nicht mehr unterstützen 5. Juni

Kabellänge Intel und AMD unterstützen ab 2013 kein LVDS mehr ab

17 6.1 Veränderung bei der Displayauflösung 5. Juni

18 6.2 Neue VESA Standards 2007 wird der DisplayPort 1.1 von der VESA übernommen 2008 edp (embedded Display Port), DP panel connector 2009 mdp (mini Display Port) 2010 idp (internal DisplayPort) 2012 DP 1.2a (Daisy Chain, AUX auf USB Niveau) PDMI (Portable Digital Media Interface), Thunderbolt 5. Juni

connector 2009 mdp (mini Display Port) 2010 idp (internal DisplayPort) 2012

19 6.3 Ablösung LVDS durch edp 5. Juni

20 6.4 Ablösung LVDS durch edp (Vorteile) Weshalb Ablösung LVDS durch edp? Alle Industrie Displays haben LVDS Interface edp to LVDS Adapter sind verfügbar 5. Juni

21 6.5 Funktionen edp 5. Juni

22 6.6 Vergleich edp und idp 5. Juni

23 6.7 Verfügbare Displays VESA Trend: bis 2012 ca. 30% DP, bis % DP, d.h. komplette Ablösung von LVDS Intel und AMD unterstützen ab 2013 kein LVDS mehr Aktuell sind nur ein paar wenige Monitor Displays mit edp verfügbar Selbst Full HD 3D notebook Displays haben noch dual LVDS interface Alle «Industrie Displays» haben LVDS 5. Juni

24 7a Auswirkungen / Zeithorizont Rechnerplattformen (CPU / GPU) werden für entsprechende Zielmärkte entwickelt Smartphones / PDA Netbook / Embedded Embedded Digital Signage Desktop Wie sind diese Bereiche abzugrenzen, wo ist embedded 5. Juni

25 7b Auswirkungen / Zeithorizont Neue ARM Prozessoren haben volle Grafikperformance. Wie die Performance mit Windows 8 aussieht und wie viel Speicher benötigt wird sich zeigen! Atom Prozessoren haben begrenzte Grafikperformance. Cedartrail aber vor allem der Medfield Z2460 haben eine wesentlich gesteigerte Grafikleistung: whats next? Die Intel i Prozessoren bieten mit dem QM77 Chipsatz bis 3 Displayausgänge, jedoch bei wesentlich höherem Preis und höherer Verlustleistung Wird Intel weitere Prozessoren bringen mit Kooperation von Grafikchip Herstellern? Ab 2013 werden viele neue Displays «ohne» LVDS auf den Markt kommen (bis heute hat kaum ein Displayhersteller informiert). Entsprechend wird es auch Abkündigungen geben 5. Juni

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