Ordenadores Embebidos/Compactos: elegir un procesador ARM o x86 en un entorno SOC

Los diseñadores de sistemas integrados se encuentran a menudo atrapados por las elecciones de diseño de CPU que hicieron hace años, ya que los costes de cambio pueden ser astronómicos. El desarrollo de hardware a menudo implica chips de interfaz y diseños de placa específicos para los procesadores. Es posible que los costes de cambiar el software sean incluso aún más elevados, ya que las arquitecturas de CPU precisan adquirir herramientas de desarrollo y requieren software a medida. Sin embargo, algunas tendencias del sector han abierto las plataformas de CPU, y los diseñadores de sistemas cada vez tienen más capacidad para mezclar y combinar los proveedores de CPU, o incluso modificar los conjuntos de instrucciones de la CPU, para optimizar los productos en una gama más amplia de aplicaciones.

Como es habitual, la integración de los semiconductores impulsa las tendencias tecnológicas, a medida que se incluyen más funciones del sistema en menos chips. Mientras que muchos mercados de gran volumen pueden acabar disponiendo de un Sistema en un Chip (SOC), la mayoría de los diseños integrados presentan requisitos únicos a los que responde mejor, un procesador integrado de propósito general conectado a los componentes de hardware específicos de cada diseño de sistema. Para disfrutar de más flexibilidad en estos productos de volumen reducido, muchos diseñadores de sistemas se han pasado a la tecnología de Ordenador en un Módulo (COM), que permite que un diseño con una sola placa portadora sirva para una amplia variedad de productos y facilite una rápida adopción de las nuevas tecnologías de CPU mediante tarjetas auxiliares basadas en estándares. La tendencia hacia mayores niveles de integración ha uniformizado los periféricos avanzados en cuanto a las tecnologías de interconexión de alta velocidad, permitiendo que los estándares COM más recientes incluyan múltiples canales de PCI Express, SATA, Gigabit Ethernet, USB, HDMI y DisplayPort.

Las interfaces COM cuentan con un amplio apoyo por parte del sector y comparten características técnicas para una interconexión de alto nivel basada en paquetes, con una capa de abstracción del hardware por encima de las arquitecturas de bus de capa física y de enlace del pasado. No importa si los datos se procesan con ARM o x86, ya que las interfaces COM se conectan a un nivel de transferencia de datos y son compatibles con una gran variedad de tipos de CPU. La mayoría de los estándares COM todavía incluyen soporte para E/S de uso general y permiten algunas funcionalidades tipo PC.

Las tendencias de futuro apuntan hacia una mayor uniformización

Si se mantienen estas tendencias del sector en cuanto a la integración de semiconductores y la abstracción del hardware/software, ¿a dónde iremos a parar? Las posibilidades de integración obviamente terminan cuando todo el contenido de silicio se encuentra en un solo chip. Sin embargo, la historia ha demostrado que cada mercado de integración necesita periféricos e interfaces ligeramente diferentes. Sólo los mercados de mayor volumen contarán con su propio SOC, dejando la mayoría de los diseños como en la actualidad, con una CPU integrada de propósito general y hardware específico para cada aplicación. Si bien puede existir algún intento por parte del sector de crear un paquete común y de patillaje destinado a los proveedores de silicios de CPU integrados, el enfoque COM ofrece ventajas técnicas y debería tener una adopción mayor. Incluso si el contenido de silicio de un dispositivo COM se reduce a un solo chip, el mismo chip semiconductor puede utilizarse para varios patillajes COM diferentes (similares a los múltiples tipos de conectores en COM Express).

En las aplicaciones integradas de producción reducida, es probable que la mayor flexibilidad para reutilizar los diseños que proporciona un módulo reemplazable continúe siendo el principal factor decisivo, que supera la mayoría de las ventajas que proporciona soldar una CPU a la placa madre. Puesto que la CPU continuará siendo fácilmente reemplazable, los costes que supone cambiar deberían seguir disminuyendo a medida que las interfaces estándar tengan una mayor adopción y continúe la abstracción del software.

Para evitar la uniformización, los fabricantes de CPU se enfrentarán a una mayor presión con el fin de desarrollar nuevas funciones imprescindibles, al mismo tiempo que intentan superar a los competidores en rendimiento y consumo de energía. Para los diseñadores de sistemas integrados, las perspectivas son excelentes, ya que la competencia en las CPU impulsará el crecimiento del sector y ofrecerá oportunidades para crear tipos de productos totalmente nuevos.