嵌入式技术标准化组织(SGET)由研华科技(Advantech)、congatec、Data Modul、Kontron、MSC和SECO等创始成员于2012年成立。如今,该标准化机构已扩大到50多个成员,并拥有世界领先的小尺寸规范,为嵌入式计算设计人员提供了巨大附加价值。
SGET的创建初衷是根据不断变化的市场需求推进嵌入式技术的标准化,并制定全球嵌入式计算规范。它的一个重要初始目标是超越以x86为中心的标准,统一ARM和x86应用处理器的世界,而这是其他标准化机构都不想承担的巨大挑战。然而,市场需要这样的标准。毕竟,当时低成本平板电脑处理器不断出现,x86处理器正在低功耗领域失去其主导地位。如今,很明显这是一条正确的道路,因为ARM处理器的市场份额相比x86已经大幅增长,特别是在低功耗移动应用中。ARM目前在模块领域拥有超过50%的市场份额i。事后来看,当初为ARM和x86创建模块化计算机(COM)标准是一个明智决定。
Qseven已成为信用卡大小COM的市场领导者
由SGET负责的第一个独立于具体制造商的模块化计算机标准是Qseven规范。该标准最初由congatec于2008年提出,并由Kontron等公司修改,并于2013年被转交给Qseven联盟,在Qseven联盟解散后由SGET接管。Qseven模块具有标准化的70 mm x 70 mm(Qseven)或40 mm x 70 mm(µQseven)外形尺寸,并通过高速MXM连接器进行标准化引脚分配。根据Global Market Insights 2021年的一项研究,Qseven标准取得巨大成功,占据了整个模块行业35%以上市场份额ii。如果您相信Astute Analytica等分析机构的预测, Qseven的未来发展前景一片光明,将继续以比其他外形尺寸标准更快的速度增长iii。另一方面,SGET预计新设计将转向更小的外形尺寸,并预期未来的销售将主要来自现有客户。
SMARC缩小尺寸并增大密度
由SGET负责的第二个模块化计算机标准SMARC也非常成功。SMARC模块的尺寸为82 mm x 50 mm,比Qseven更为紧凑,但SMARC 的314引脚连接性比Qseve 的230引脚高出35%。这使得从事更复杂系统设计的开发人员对SMARC更有兴趣,对他们来说,越来越小的占位面积与更高封装密度的结合非常有吸引力,SMARC的唯一缺点可能是进入市场时间比Qseven晚得多。在旧标准仍然能够提供足够的功能时,新出现的后续标准往往需要度过一段较为艰难的时期。在之前已选的标准仍然奏效时,为什么要重新另起炉灶并投资于新的研发?因而开发人员会倾向于采用原来的外形尺寸。尽管如此,自2013年问世以来,SMARC已经占据了整个模块化计算机市场15%以上的份额iv。业内人士预计,鉴于SMARC更现代、更强大的技术基础,它将最终成为新设计的首选,但主流市场份额转移到SMARC还需要一段时间。值得注意的是,Kontron在制定SMARC标准方面发挥了主导作用,该标准也于2013年由SGET正式推出。
SGET标准主导SFF行业
Qseven和SMARC这两个SGET标准加起来已经占模块化计算机市场总量的50%以上。对于低功耗领域的小型模块,它们的总市场份额可能接近95%,因为唯一其他可比的模块化计算机标准(COM Express Mini)往往被其较大的同类产品所掩盖。通过取得这样大的成功,并在十年内几乎主导整个SFF COM市场,这见证了SGET正在凭借专注于小尺寸模块和创建独立于处理器架构的标准来追求正确的战略,以便更好地满足全球市场需求。
高性价比处理器需要经济高效的设计
价格也可能对上述两个SGET标准的成功做出了贡献。两者都没有在模块本身上使用昂贵的连接器,从而节省了材料和组装成本。相反,这两种模块标准都采用经济高效的为笔记本电脑图形卡批量生产的MXM边缘连接器,Qseven采用MXM-2规范,而SMARC则采用MXM-3。对小尺寸、低功耗和更高封装密度的关注也与电子行业中一贯的主流发展趋势相吻合。凭借始终如一地支持这些趋势的模块标准,SGET一次又一次地为行业创造了新的价值。
市场成功吸引新成员
Qseven和SMARC的成功,以及SGET在嵌入式箱式PC(eNUC)和边缘计算逻辑(UIC)等其他标准化方面的工作,吸引了许多新成员。该组织已从六个创始成员发展到网站上列出的50名正式活跃成员,非官方支持者的数量甚至更多。作为一个非营利组织,SGET对所有参加者都是免费提供规范,会员只需使用标准和品牌名称(Qseven、SMARC等)。这种开放性使SGET有别于其他标准化机构,也是SGET成功的关键因素之一。然而,官方成员资格对于这些标准和其他标准的进一步发展至关重要。由于SGET不会止步于目前所取得的成就,而是将自己视为通过进一步标准化创造新价值的平台,因此SGET也在积极接纳新的成员。
小型化发展趋势仍在继续
对于采用ARM和x86应用处理器的信用卡大小COM设备,SGET已经主导了该市场,但问题是:“下一步是什么?”即便是标准化机构也不能固步自封。SGET正在积极应对这一挑战,并在新的开放式标准模块(OSM)规范中以更小的占位面积提供更多引脚。OSM规范于2020年首次推出,在2022年年中规范1.1版本开始实施,其中包括四种尺寸,均小于SMARC或µQseven。即便是最大的45 mm x 45 mm OSM模块也比µQseven小28%,比SMARC小51%,但仍可提供662引脚。其他OSM封装则更加紧凑:OSM Size-0(Zero)是最小的外形尺寸,大小为30 mm x 15 mm,有188个BGA引脚;OSM Size-S(小号)尺寸为30 mm x 30 mm,有332个引脚;OSM Size-M(中号)能够以30 mm x 45 mm外形尺寸提供476个引脚。通过这一新规范,SGET在将更多功能和更高密度封装到同一空间方面取得了不懈进步。
OSM迎来新一代COM
通过OSM规范,SGET在COM的众多优势中又增加了一个重要新内容:支持SMT组装,这就是为什么SGET将OSM称为第二代(Gen2)COM标准。对于原始设备制造商来说,这项创新可以在大批量生产中为包装、组装和测试过程节省大量成本。OSM是否会在全球范围内成为首屈一指的第二代COM标准还有待观察。但凭借这种SMT兼容COM规范的开放、可扩展、独立于制造商的特性,以及嵌入式计算领导厂商的已有支持,SGET似乎正在复制过去在SMARC和Qseven方面取得成功的经历。
主要制造商正式支持OSM
SGET成员研华、Aries、安富利、F&S、Geniatech、iesy、iWave和Kontron是首批提供正式OSM模块的制造商,周边的生态系统也正在迅速发展完善。除了经典COM之外,第一批母板(carrier board)开发商已经在推广对于OSM支持,iWave和Yamaichi等制造商也发布了OSM测试适配器。采用OSM标准的应用就绪Gen2 COM已经有多种变体:
表1:来源:SGET e.V.
欢迎感兴趣的公司索取支持额外处理器的路线图。新的OSM设计指南1.0版本和OSM规范1.1版本均可通过SGET网站免费下载。
了解一下SGET接下来要应对哪些任务会很有意义,所有希望了解其最新进展的人都可以通过网站订阅SGET的时事通讯。SGET主席Ansgar Hein表示,围绕FPGA的新标准化工作正在进行,开发探索阶段已经完成,一个团队声明已经到位,除此之外,一个针对开放式FPGA标准的具体建议也已经形成。因此,所有迹象都表明,SGET将组建一个新的标准开发团队(SDT),这将是其负责的第六个标准。
图1:凭借Qseven和SMARC规范,SGET占据了模块化计算机(COM)市场50%以上的份额。对于信用卡大小的模块,这一比例上升到95%以上。
图2:SGET自2013年以来一直负责Qseven(70 mm x 70 mm)和SMARC(82 mm x 50 mm)的外形尺寸标准。(©Tessolve/©iWave)
图3:新的OSM标准具有COM的所有优势,并支持SMT组装,因而可实现额外的成本节约,主要体现在大批量生产中的包装、组装和测试等过程。(图为NXP i.MX8M处理器模块的背面。)©Kontron
图4:OSM标准有四种不同的模块尺寸。
图5:随着SGET标准的发展,模块占位面积在减小,而封装密度在提高。