Effektivitet och kortsystem

I min förra krönika gnällde jag bland annat på politiskt motiverade och oekonomiska modulbaserade system. Den här gången tänkte jag ta en titt på tekniskt motiverade och ekonomiskt vettiga modulsystem. För det som är sant för storvolymprodukter behöver ju inte vara sant för industriprodukter. Och ibland kan det till och med vara vettigt att använda moduler i storvolymprodukter.

Mikrodatorn
Men låt oss börja från början. 1971 lanserade Intel den första mikroprocessorn (4004) och efter bara några få år hade i stort sett varenda elektroniktillverkare hoppat på tåget. Marknaden översvämmades av mikroprocessorer av olika slag och intresset för att använda mikroprocessorer i alla tänkbara tillämpningar exploderade.

Att det gick så här snabbt var inte ett dugg märkligt. Överallt fanns det maskiner och prylar som behövde datoriseras. I många fall hade man redan löst datoriseringen med de datorer som faktiskt fanns tillgängliga. Digital Equipments lilla DTL-baserade PDP8-minidator lanserades till exempel redan 1965 och hittade snabbt in i industrier världen över.

Men mikrodatorn var ändå något helt nytt. Det var fantastiskt nog att man kunde bygga små och relativt billiga styrsystem till industrisystem men framför allt blev det möjligt att göra allt det där som tidigare varit omöjligt på grund av ekonomi, storlek eller energiförbrukning. I Sverige såg vi till exempel ett stort uppsving för kontantautomater, automatiserade bensinpumpar, symaskiner och massor av annat.

Kortsystem
För storvolymprodukter som symaskiner och andra konsumentprylar var det självklart att bygga elektroniken från ”scratch”. Elektroniken optimerades så mycket som möjligt och de komponenter som var nödvändiga monterades helst på ett enda kort. Utvecklingskostnaden blev en liten del av totalkostnaden eftersom den kunde spridas ut på många producerade enheter.

Men det fanns också massor av industritillämpningar där volymerna var mycket lägre. I industrin var man dessutom van att använda standardiserade racksystem och kort med standardiserade kontaktdon. Steget till standardiserade kortsystem var mycket kort.

I Europa blev det speciellt intressant. Där fanns redan ett etablerat och standardiserat system med standardiserade kortstorlekar och kontaktdon som passade in i de internationellt standardiserade 19-tums racksystemen. Många av de konsultföretag som byggde industrisystem åt sina kunder tog fram egna kortsystem, ofta baserade på enkelt Europaformat.

I grunden handlade det om att välja en mikroprocessorfamilj och använda en buffrad variant av den processorns CPU-buss. CPU-bussen drogs sedan ut på ett bakplan och kortsystemet bestod av CPU-kort, minneskort och I/O-kort av olika slag. I Sverige fanns på sjuttio- och åttiotalet många sådana här kortsystem, där väl DIABs Databoard var det mest framgångsrika.

Internationell standard
Också de internationellt framgångsrika S-100, VME- och Multibus-systemen baserades i början på samma ganska enkla CPU-bussar. Intels Multibuss och S-100-systemet hade samma problem som andra USA-baserade system i det att man inte hade något standardiserat kortformat eller kontaktformat. Men det gick förvånansvärt bra ändå. VME-systemet lyckades bättre eftersom de använde dubbelt Europakortsformat och standardiserade kontaktdon.

Många, framför allt bland korttillverkarna, trodde att de här kortsystemen skulle ta över också storvolymprojekten. Tanken var att korten i sig skulle tillverkas i så stora volymer att de skulle bli billigare än att bygga från grunden. Så blev det inte. Det var fortfarande mycket billigare att tillverka egna optimerade kort när volymerna ökade.

Fler bussar
I takt med att processorhastigheterna ökade blev det omöjligt att behålla den enkla modellen med en enda CPU-buss. Kortsystemen utökades med separata minnesbussar och I/O-bussar och billigare ”mezzanine-kort” för enkla I/O-funktioner adderades till CPU-korten. Bussarna modifierades för att tillåta multiprocessorsystem och i samma vända försvann de flesta av de enkla kortsystemen. VME fick sin storhetstid, något som standarden faktiskt behållit ända in i våra dagar på en del specialområden.

ATCA blev en katastrof
Den ökade komplexiteten ledde till ”kortsystemet som skulle ersätta alla kortsystem”. Advanced TCA, ATCA, togs fram gemensamt av flera företag och lanserades som ”the final solution”.

ATCA var ett försök att få med telekomföretagen på samma tåg som industriföretagen. Stora kort (trippel Europastandard), nya metriska kortformat och metriska kontaktdon skulle ge en fantastisk framtidssäkerhet. Bussarna var oerhört avancerade och allt var mycket väl genomtänkt. Flera av VME-företagen satsade allt på det nya formatet. Det gjorde också Intel.

Men med komplexitet kommer också ett högt pris. ATCA lyckades inte ens attrahera telekomföretagen och bland industriföretagen blev det en total flopp. Sällan har vi väl sett en så stor satsning misslyckas så fatalt. Man skulle kunna tro att EU-politikerna var inblandade, men så var inte fallet. Det gick åt skogen ändå.

PC-kort och COM Express
I stället togs marknaden över av olika typer av kompletta datorkort. De kortstandarder som användes i PC-datorer blev standard också i serversammanhang med kommunikation mellan korten via Ethernet och andra snabbare seriekanaler. Lokala minnesbussar och I/O-bussar modifierades efter hand för att klara de allt snabbare minneskomponenterna och de allt snabbare I/O-behoven. Bakplanet var dött.

Industrisystemen gick allt mera över till små datorkort av typen COM Express och liknande. Datorkorten är mycket kompakta och innehåller de vanliga standardiserade I/O-funktionerna (som Ethernet, USB och grafik) och plats för vanliga DRAM-moduler. Datorkorten har också ett kontaktdon för anslutning till ett moderkort.

På det här sättet slipper konstruktörerna att tillverka de avancerade och känsliga datorkorten och kan koncentrera sig på att tillverka betydligt enklare moderkort med bara I/O-funktioner. Datorkorten finns i flera olika format och kan därför optimeras ganska väl.

Efter hand har allt fler och allt mindre kortformat lanserats. Ett par exempel är SMARC och QSeven. Alla de här korten har det gemensamt att de är kompletta datorer på ett enda kort och att de har en standardkontakt som kan anslutas till ett moderkort.

COM-HPC
En ny standard är COM-HPC, som försöker lösa fler problem i en enda standard. Här finns ganska många olika kortstorlekar och anslutningsbussar med mycket hög hastighet. De minsta korten är 95×120 mm medan de största är 160×200 mm. Standarden har många medlemmar och allt är mycket genomtänkt. Korten skall klara de snabbaste gränssnitten och mycket energi har lagts på EMC-skydd och stabilitet.

Pengarna bestämmer
Vad kan man då dra för slutsatser av datorkortens utveckling de senaste femtio åren?

Den viktigaste slutsatsen är kanske att alla kan misslyckas kapitalt. Om man har fel grundtanke hjälper det inte hur stor man är. Ingen standard har haft så stor och bred uppbackning som ATCA och ingen kortstandard har misslyckats så totalt.

Därifrån är det lätt att dra slutsatsen att det är pengarna som bestämmer. Det spelar ingen roll hur vackra historier säljarna kan berätta – om det blir för dyrt blir det inget av.

Samtidigt är det uppenbart att det finns ett stort behov av färdiga datorkort. Också det är ganska självklart. I stort sett alla system behöver en komplett dator med mikroprocessor, RAM, flashminne, Ethernet, USB och grafikgränssnitt. Att bygga den delen själv är jobbigt, samtidigt som det finns gott om företag som säljer färdiga moduler ganska billigt.

Den senaste spelaren på den här marknaden är Xilinx med sina nya FPGA-kort för volymprodukter. Också här handlar det om kort som är ganska jobbiga att tillverka. Samtidigt handlar det om företag som bestämt sig för att tillhandahålla korten till ett pris som är konkurrenskraftigt.

Så kortsystemen finns kvar, men i en helt annan form än den vi vande oss vid på åttiotalet. Den historien kan man nog lära sig ett och annat av.

Sedan måste jag erkänna att jag har utelämnat industriella fältbussar som Anybus. Men de är värda en egen historia.

2 Responses to “Effektivitet och kortsystem”

  1. Idag kan man även bygga väldigt kompetenta system till priset av en lunch på den lokala pizzerian med Arduino, Raspberry PI och liknande som grund.
    Vilket inte bara glada amatörer i hobbyrummet upptäckt, utan börjar även florera i mer industriella sammanhang.

  2. Kombinationen billiga kort, gratis operativsystem, gratis drivrutiner och gratis utvecklingsverktyg är ganska fantastisk. Förr var korten dyra, operativsystemen jättedyra och utvecklingsverktygen vansinnigt dyra.

    Det var inte bättre förr.

    /göte