Couverture ElectroniqueS n°127

En deux ans, le nombre de formats de modules processeurs a explosé. Sur ce marché très actif, les architectures PC restent dominantes. Mais la multiplication des modules à base de processeurs Arm, Mips ou PowerPC et l'arrivée de FPGA élargissent les frontières traditionnelles de l'utilisation de ces macrocomposants. On les appelle Computer On Modules, System On Modules, Processor Mezzanine Cards… Quel que soit le vocable utilisé, ce concept de « module processeur » c'est-à-dire de carte de petite taille qui se connecte sur une carte porteuse et sur laquelle on trouve une unité centrale complète est à l'heure actuelle en pleine expansion (figure). L'idée de base est simple : il s'agit pour les concepteurs de se concentrer sur leur savoir-faire et de développer leur propre carte en « externalisant » la partie unité centrale, qui demeure une phase complexe dans un développement. Pour ce faire, ils achètent à des sociétés tierces des modules processeurs (on parle aussi de macrocomposants) adaptés à leurs besoins. Les avantages de cette approche modulaire sont multiples : le temps de développement global d'un système est ainsi réduit ; les équipes de conception peuvent se concentrer sur la plus-value d'une application (qui ne se situe jamais au niveau de l'unité centrale) ; il est possible à partir d'une base unique de faire évoluer la puissance du processeur, ou de changer de technologie de processeur, sans avoir à modifier en profondeur son design ; enfin, la maîtrise de la forme de la carte porteuse ainsi que de la position des connecteurs sur cette carte est complète. C'est le célèbre format PC/104, défini au début des années 90 par la société Ampro, qui a popularisé ce concept. En effet, bien qu'à l'origine ce facteur de forme ait été conçu pour bâtir des PC complets par empilement de cartes, aujourd'hui les trois quarts des ventes de cartes PC/104 sont des modules unités centrales destinés à être connectés sur une carte porteuse. Cependant, malgré son succès, ce standard de carte reste plutôt confiné à des applications du type développement de prototypes ou systèmes de démonstration, dans lesquelles le volume de cartes reste faible. Les quantités visées sont de l'ordre de la dizaine, rarement de la centaine, exceptionnellement du millier. Une des raisons est que le PC/104, malgré sa petite surface (un carré d'environ 10 x 10 cm), est assez encombrant en hauteur et, surtout, intègre une série de connecteurs d'entrées/sorties dédiés (alimentation, ports séries, interface IDE…). Cette contrainte ne facilite pas son intégration pour des productions de volume, en raison des câblages à réaliser pour relier le module à la carte porteuse. C'est pour contourner cette difficulté, et proposer des solutions moins onéreuses et plus adaptées à des marchés à fort volume, qu'un certain nombre de formats de modules processeurs sont apparus récemment sur le marché : modules EnCore d'Ampro et ETX de Jumptec en 2001, X-Board et E2Brain de Kontron en 2002, ESM de Men Mikro Elektronik en février 2003. Auxquels s'ajoutent des formats existant depuis plus longtemps comme les Dimm-PC de Jumptec, introduits en 1996, les cartes processeurs PPMC, apparues il y a quatre ans, ou encore les smart-Modules de Digital-Logic, mis sur le marché il y a cinq ans (tableau). Toutes ces solutions ont en commun de présenter l'ensemble des signaux d'entrées/ sorties sur des connecteurs banalisés ; libre ensuite au concepteur de la carte porteuse de positionner où il le veut les circuits d'interface, les adaptations physiques et les connecteurs dédiés (liaisons série, Ethernet…). Aller au-delà des traditionnelles architectures PC Il est clair que jusqu'à présent le marché des modules processeurs est centré sur les applications à base de PC embarqués. Plus de 80 % des modules du marché sont en effet conçu autour de processeurs x86, Celeron, Pentium, Geode ou Via. C'est l'héritage « culturel » du PC/104. La pression technologique du monde PC : montée en fréquence des processeurs et augmentation des bandes passantes des interfaces se font donc sentir sur ces solutions. L'exemple le plus représentatif est l'évolution du standard PC/104, basé sur le bus Isa, vers le PC/104-Plus basé sur le bus PCI. De son côté, Radisys vient de mettre sur le marché une nouvelle carte PPMC à base de processeur Intel (alors que toutes les cartes de ce format sont basées sur des PowerPC) en intégrant un tout nouveau pont PCI, développé en collaboration avec Intel ; celui-ci permet à la carte de fonctionner indifféremment en mode maître ou esclave. Cependant, les besoins en modules processeurs vont aujourd'hui bien au-delà des architectures PC. Ainsi, la société Parvus Corporation a présenté, lors du dernier Embedded Systems Conference de San Francisco en avril, la première carte PC/104-Plus basée sur un PowerPC 555. Arcom vient d'introduire une carte équipée du processeur XScale et Nallatech propose une carte à ce format architecturée autour d'un FPGA Virtex-II. Avec sa carte au format X-Board, Kontron Embedded Computers desserre aussi le carcan du monde PC en éliminant sur ce facteur de forme toutes les interfaces dites « legacy » (souris clavier…). Sur ses modules ESM, Men Mikro Elektronik innove aussi en intégrant, à côté du processeur PowerPC (et bientôt un Crusoe de Transmeta), un FPGA. Il devient ainsi possible, grâce à la bibliothèque de fonctions développée par la firme d'outre-Rhin, d'implanter à la demande une fonction graphique, un bus USB, un bus CAN, des interfaces IDE ou série supplémentaires, etc. Enfin, le module E2Brain développé à l'origine par les équipes de Pep Modular Computer, racheté par Kontron, préfigure les évolutions prochaines des modules processeurs. En effet, cette carte, basée sur une architecture PowerPC, dispose du nouveau bus PCI-X comme interface et peut utiliser au niveau des entrées/sorties des technologies à bande passante élevée, comme RapidIO, Infiniband ou PCI-Express. Le choix entre les diverses solutions de modules processeurs est donc beaucoup plus large qu'il y a quelques années, ce qui devrait encore accroître l'attrait pour ce type d'architecture modulaire. Caractéristiques des principaux formats de modules processeurs du marché Evolution du marché des modules processeurs Ces chiffres portent sur les modules Dimm-PC, ETX et SOM 144, correspondant aux architectures ouvertes (publication des spécifications et/ou présence de plusieurs fournisseurs), et sur les macrocomposants EnCore et smartModules considérés comme architectures propriétaires (spécifications non publiées et/ou présence d'un seul fournisseur). Les modules PC/104 et PPMC sont exclus de l'enquête (source: VDC, janvier 2003). *Chef de rubrique

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