工业电脑高效能低功耗之技术与应用

控创电脑台湾办事处业务经理 黄淑美

德商控创电脑台湾办事处(Kontron Technology Taiwan)业务经理黄淑美表示，虽然一般消费大众对于「工业电脑」一词往往感到陌生，觉得这是非常有距离感的字眼，但实际上，工业电脑的应用在我们日常生活的周遭随处可见，举凡捷运车辆控制装置、医院超声波检验设备、飞机视听娱乐播放系统…等医疗、博奕、娱乐、运输、军事及航太领域上的自动化控制平台，其内部使用的嵌入式主机板卡多半都是工业电脑，由此可知工业电脑的重要性...

市场调查报告指出，全球工业电脑在嵌入式电脑技术(Embedded Computer Technology；ECT)市场领域的发展状况，在2007~2012年的年复合成长率(CAGR)可高达10%，特别是在受到现代CPU处理器于低功耗、无风扇(Fanless)与可靠性…等方面的发展都有长足进步的影响之下，更使得工业电脑产品的可应用领域相形扩大，而业者亦有更大的发挥空间。

黄淑美说：「低功耗不仅可以节省设备装置在运作时所需的电力，还能降低或消除其在电源模块及散热系统方面的建构成本，并让所采用的系统元件寿命获得延长。」也因为低功耗，装置内的电流与热量均减少之缘故，因此能做到所谓的Fanless，从而减轻震动及电磁干扰(Electromagnetic Disturbance；EMI)的问题，让产品研发过程能更加简便，以达到缩短Time-to-market的目标。「特别是对于现今市场需求量激增的移动设备业者而言，这些特性无论是在产品设计与制造上都有很大的帮助。」

控创在工业电脑低功耗上所投入的努力

以控创电脑所推出的两款nanoETXexpress系列产品为例子，其尺寸规格只有55mm x 84mm，仅相当于1张普通信用卡的大小，非常适合各式移动手持装置使用。但由于其内含Intel 2-Chip处理器、可扩充至2GB DDR2 8 chip的存储器与8GB内建的SSD Flash驱动器、Micro-SD插槽，整合USB 2.0、SATA、Onboard Intel LAN及BIOS中的GPIO/SDIO Switch…等最佳化资源，以及可选搭PCI Express、图形、LVDS、SDVO和4.75V~14.75V的电源供应器…等多项元件，因此如何在效能与散热之间取得平衡便愈显重要。

为此该两款产品以x86架构为基础，采用特殊的CPU，以达到节能、降温与fanless的目标，如SP产品即是使用Atom Z520PT CPU、US15WPT芯片组，而TT产品则为Atom E6xx、PCH EG20芯片组，无论外界温度是摄氏零下40度或85度，都能让使用该产品的设备维持正常运作，以扩大其可应用范围。黄淑美表示：「会内嵌工业电脑板卡的产品，对于其品质、可靠性及稳定度…等特性往往更为重视，对于CPU效能的要求反而不会太高。」而也因为CPU的价格常与其效能成正比关系，这也使得其制造成本能够大幅节省。

产品受到广泛采用

目前nanoETXexpress系列的产品已被业界大量采用，以慕尼黑的TIPRO Deutschland的数码付款机制为例，即是采用RFID与近场通讯 (Near field communication；NFC)技术，搭配nanoETXexpress规格的设备才得以完成。「系统上，屏幕亦可作为广宣或娱乐使用，以提供人们额外的信息服务。」黄淑美并强调：「未来预期德国的医疗照护系统，也会跟进采用nanoETXexpress系列的产品。」

而除了采用如上述的适当硬件组件之外，控创电脑在其microETXexpress-DC上也导入其所研发的新高效power-off模式：S5 Eco。「一般符合S5规范的产品(如WoL、WoUSB及电源键)，其电流通常是在200mA以下，而控创的S5 Eco则可小于1mA，同时还可搭配S4与MARS系统(电池供电/移动系统)一起使用，藉以创造出更好的节能效果。」黄淑美说，由于S5 Eco能省去Stand-by时间的耗电量，因此能够避免不少电能的浪费，并且拉长一般电池的使用时间。

至于S5 Eco的整合方式则相当简单。首先在BIOS的部分要先缺省好是使用S5或S5 Eco，倘若是设定采用S5 Eco，虽然软件仍在ACPI S5的状态，但BIOS会将其自动对应至Eco，过程非常清楚明了，也无需其他额外的软件调整，便能够立即使用。黄淑美并补充：「只要利用K-station便可读出或设定S5 Eco flag。」

控创电脑是工业电脑业界于嵌入式解决方案的领导厂商，其公司总部位于德国慕尼黑，并在欧洲、中东及非洲、澳大利亚、印度、韩国、日本、大陆、马来西亚与台湾…等地区均设有办事处及营运据点。截至2010年12月，控创电脑全球有2,892位员工，其中有942位员工是属于R&D部门，占全公司员工比例的33%。黄淑美说：「控创的产品于通讯、能源、自动化控制、轨道运输、汽车诊断、医疗(超声波)、信息与娱乐、政府部门…等行业别市场都受到广泛采用，国人可说是每天都会接触/使用到控创所生产的产品。」

引领嵌入式电脑技术标准的发展

不过，在另一方面，也因为控创的工业电脑可应用领域实在太过于广泛，无论是在游戏、娱乐、安全、监控、医疗、交通、国防、测量和测试…等行业别领域，其业者对于产品的设计与制造需求都不尽相同，而且在实际应用上，也出现需要更高计算能力、更丰富的扩展界面、良好的散热设计理念…等问题待解决，因此控创电脑在2000年时领先推出了ETX(Embedded Technology eXtended)的规范，并开放给所有厂家使用。由于此规范能够让产品扩展更为灵活，系统升级时也更轻而易举，并能大幅减少线缆连接，最后不仅成功促使市场接受「芯片PC」的概念，也让ETX成为嵌入式电脑技术「片上电脑模块」的代名词。

而接下来在2005年，为了补强原先ETX在SDVO、LPC、SATA、PCI Express规范上的不足，控创又率先提出了COM(Computer-on-Module) Express，采用板卡模块与载板配对的方式，对整套系统的架构进行定义。黄淑美说：「控创会先组合好各式CPU、存储器…等零组件，将其规划成一些现成的，具备电脑运算功能的板卡模块，而底层的载板则是由设备制造商依需求自行设计，将两者相互结合后，就会形成各式各样的嵌入式主机板卡，以满足厂商开发不同应用情境与领域设备的需求。」

「这可节省不少厂商的设计及人力成本。」黄淑美表示，有了控创所提供的板卡模块之后，企业只要再设计好底板，做好I/O与layout方面的规划，再选择合适的板卡模块进行组合即可，不仅能以最新的技术节省产品开发的时程，加快研发进度，进而达到缩短Time-to-market的目标，还可投入更多资源在软件、应用程序、市场行销与营运策略规划..等方面。

除此之外，控创在全球各地都有坚强的技术支持团队，可提供客户最多样且长期性的标准产品、定制与ODM服务。「与一般消费性产品的生命周期只有短短1~2年不同。」黄淑美强调，控创产品线后勤支持可长达7~10年，如1998年即上市的DIMM-PC，一直到2010年才停止服务，「对于产品生命周期比较长的军事、医疗与运输器材设备，有些使用期限往往长达10几年之久才会被汰换，一般消费性零组件产品是无法做到这麽长期的支持，只有工业电脑才有办法做到。」

截至2010年，控创的获利来源以通讯产品最多，达26%；其次是制造业自动化设备，为24%；接下来为政府及军事单位，拥有13%的比例。至于在地区方面，则是以欧洲、中东及北非为主要市场，比例有46%，而新兴国家市场则仅占17%。