工業電腦高效能低功耗之技術與應用

控創電腦台灣辦事處業務經理 黃淑美

德商控創電腦台灣辦事處(Kontron Technology Taiwan)業務經理黃淑美表示，雖然一般消費大眾對於「工業電腦」一詞往往感到陌生，覺得這是非常有距離感的字眼，但實際上，工業電腦的應用在我們日常生活的周遭隨處可見，舉凡捷運車輛控制裝置、醫院超音波檢驗設備、飛機視聽娛樂播放系統…等醫療、博奕、娛樂、運輸、軍事及航太領域上的自動化控制平台，其內部使用的嵌入式主機板卡多半都是工業電腦，由此可知工業電腦的重要性...

市場調查報告指出，全球工業電腦在嵌入式電腦技術(Embedded Computer Technology；ECT)市場領域的發展狀況，在2007~2012年的年複合成長率(CAGR)可高達10%，特別是在受到現代CPU處理器於低功耗、無風扇(Fanless)與可靠性…等方面的發展都有長足進步的影響之下，更使得工業電腦產品的可應用領域相形擴大，而業者亦有更大的發揮空間。

黃淑美說：「低功耗不僅可以節省設備裝置在運作時所需的電力，還能降低或消除其在電源模塊及散熱系統方面的建構成本，並讓所採用的系統元件壽命獲得延長。」也因為低功耗，裝置內的電流與熱量均減少之緣故，因此能做到所謂的Fanless，從而減輕震動及電磁干擾(Electromagnetic Disturbance；EMI)的問題，讓產品研發過程能更加簡便，以達到縮短Time-to-market的目標。「特別是對於現今市場需求量激增的行動裝置業者而言，這些特性無論是在產品設計與製造上都有很大的幫助。」

控創在工業電腦低功耗上所投入的努力

以控創電腦所推出的兩款nanoETXexpress系列產品為例子，其尺寸規格只有55mm x 84mm，僅相當於1張普通信用卡的大小，非常適合各式行動手持裝置使用。但由於其內含Intel 2-Chip處理器、可擴充至2GB DDR2 8 chip的記憶體與8GB內建的SSD Flash驅動器、Micro-SD插槽，整合USB 2.0、SATA、Onboard Intel LAN及BIOS中的GPIO/SDIO Switch…等最佳化資源，以及可選搭PCI Express、圖形、LVDS、SDVO和4.75V~14.75V的電源供應器…等多項元件，因此如何在效能與散熱之間取得平衡便愈顯重要。

為此該兩款產品以x86架構為基礎，採用特殊的CPU，以達到節能、降溫與fanless的目標，如SP產品即是使用Atom Z520PT CPU、US15WPT晶片組，而TT產品則為Atom E6xx、PCH EG20晶片組，無論外界溫度是攝氏零下40度或85度，都能讓使用該產品的設備維持正常運作，以擴大其可應用範圍。黃淑美表示：「會內嵌工業電腦板卡的產品，對於其品質、可靠性及穩定度…等特性往往更為重視，對於CPU效能的要求反而不會太高。」而也因為CPU的價格常與其效能成正比關係，這也使得其製造成本能夠大幅節省。

產品受到廣泛採用

目前nanoETXexpress系列的產品已被業界大量採用，以慕尼黑的TIPRO Deutschland的數位付款機制為例，即是採用RFID與近場通訊 (Near field communication；NFC)技術，搭配nanoETXexpress規格的設備才得以完成。「系統上，螢幕亦可作為廣宣或娛樂使用，以提供人們額外的資訊服務。」黃淑美並強調：「未來預期德國的醫療照護系統，也會跟進採用nanoETXexpress系列的產品。」

而除了採用如上述的適當硬體組件之外，控創電腦在其microETXexpress-DC上也導入其所研發的新高效power-off模式：S5 Eco。「一般符合S5規範的產品(如WoL、WoUSB及電源鍵)，其電流通常是在200mA以下，而控創的S5 Eco則可小於1mA，同時還可搭配S4與MARS系統(電池供電/行動系統)一起使用，藉以創造出更好的節能效果。」黃淑美說，由於S5 Eco能省去Stand-by時間的耗電量，因此能夠避免不少電能的浪費，並且拉長一般電池的使用時間。

至於S5 Eco的整合方式則相當簡單。首先在BIOS的部分要先預設好是使用S5或S5 Eco，倘若是設定採用S5 Eco，雖然軟體仍在ACPI S5的狀態，但BIOS會將其自動對應至Eco，過程非常清楚明瞭，也無需其他額外的軟體調整，便能夠立即使用。黃淑美並補充：「只要利用K-station便可讀出或設定S5 Eco flag。」

控創電腦是工業電腦業界於嵌入式解決方案的領導廠商，其公司總部位於德國慕尼黑，並在歐洲、中東及非洲、澳大利亞、印度、南韓、日本、大陸、馬來西亞與台灣…等地區均設有辦事處及營運據點。截至2010年12月，控創電腦全球有2,892位員工，其中有942位員工是屬於R&D部門，佔全公司員工比例的33%。黃淑美說：「控創的產品於通訊、能源、自動化控制、軌道運輸、汽車診斷、醫療(超音波)、資訊與娛樂、政府部門…等行業別市場都受到廣泛採用，國人可說是每天都會接觸/使用到控創所生產的產品。」

引領嵌入式電腦技術標準的發展

不過，在另一方面，也因為控創的工業電腦可應用領域實在太過於廣泛，無論是在遊戲、娛樂、安全、監控、醫療、交通、國防、測量和測試…等行業別領域，其業者對於產品的設計與製造需求都不盡相同，而且在實際應用上，也出現需要更高計算能力、更豐富的擴展界面、良好的散熱設計理念…等問題待解決，因此控創電腦在2000年時領先推出了ETX(Embedded Technology eXtended)的規範，並開放給所有廠家使用。由於此規範能夠讓產品擴展更為靈活，系統升級時也更輕而易舉，並能大幅減少線纜連接，最後不僅成功促使市場接受「晶片PC」的概念，也讓ETX成為嵌入式電腦技術「片上電腦模組」的代名詞。

而接下來在2005年，為了補強原先ETX在SDVO、LPC、SATA、PCI Express規範上的不足，控創又率先提出了COM(Computer-on-Module) Express，採用板卡模組與載板配對的方式，對整套系統的架構進行定義。黃淑美說：「控創會先組合好各式CPU、記憶體…等零組件，將其規劃成一些現成的，具備電腦運算功能的板卡模組，而底層的載板則是由設備製造商依需求自行設計，將兩者相互結合後，就會形成各式各樣的嵌入式主機板卡，以滿足廠商開發不同應用情境與領域設備的需求。」

「這可節省不少廠商的設計及人力成本。」黃淑美表示，有了控創所提供的板卡模組之後，企業只要再設計好底板，做好I/O與layout方面的規劃，再選擇合適的板卡模組進行組合即可，不僅能以最新的技術節省產品開發的時程，加快研發進度，進而達到縮短Time-to-market的目標，還可投入更多資源在軟體、應用程式、市場行銷與營運策略規劃..等方面。

除此之外，控創在全球各地都有堅強的技術支援團隊，可提供客戶最多樣且長期性的標準產品、客製與ODM服務。「與一般消費性產品的生命周期只有短短1~2年不同。」黃淑美強調，控創產品線後勤支援可長達7~10年，如1998年即上市的DIMM-PC，一直到2010年才停止服務，「對於產品生命周期比較長的軍事、醫療與運輸器材設備，有些使用期限往往長達10幾年之久才會被汰換，一般消費性零組件產品是無法做到這麼長期的支援，只有工業電腦才有辦法做到。」

截至2010年，控創的獲利來源以通訊產品最多，達26%；其次是製造業自動化設備，為24%；接下來為政府及軍事單位，擁有13%的比例。至於在地區方面，則是以歐洲、中東及北非為主要市場，比例有46%，而新興國家市場則僅佔17%。