【ホワイトペーパー】第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したCOM-HPCとCOM Express コンピュータ・オン・モジュール～ハイブリッドx86アーキテクチャにより飛躍的なコア数を実現

ホワイトペーパー 最初の本格的なハイブリッドx86アーキテクチャにより飛躍的 なコア数を実現 第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したCOM-HPCとCOM Express コンピュ ータ・オン・モジュール

1 第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したCOM-HPCとCOM Express コンピュータ・オン・モジュール 最初の本格的なハイブリッドx86アーキテクチャにより飛 躍的なコア数を実現 第12世代のインテルCoreモバイルおよびデスクトッププロセッサが、 最近では組込みコンピュ ーティングスペースにも登場し、 ハイパフォーマンスのコンピュータ・オン・モジュール規格である COM-HPCやCOM Expressに搭載されています。 革新的なパフォーマンス ハイブリッドアーキテク チャを採用した新しいハイエンド組込みプロセッサ（以前のコードネームはAlder Lake）は、 イン テル Core i9、 i7、 i5、 あるいはi3の単なる後継のプロセッサではありません。 それでは、 いったい 何が違っていて、 次世代のハイエンド組込み、 およびエッジアプライアンスのエンジニアは、 これ らの新しいモジュールに何を期待できるのでしょうか。 第12世代インテルCoreプロセッサ・テクノロジーを搭載した新しいモジュールを魅力的なものにし ているのは、普通のパフォーマンス向上だけではありません。 最も衝撃的なのは、 モバイル用プロセ ッサ（BGAマウント）で最大14コア/20スレッド、デスクトップ用プロセッサ（LGAマウント）で最大16コ ア/24スレッドを活用できるようになったということです。 これにより、 最大で8コアしか搭載されてい なかった第11世代インテルCoreやXeonプロセッサを搭載していた、 以前のCOM Express Type 6や COM-HPC Client Size Aモジュールと比べて、 マルチタスクや並列処理、 仮想化、 そしてスケーラビ リティのオプションが飛躍的に向上します。 ただし、 コア数が2倍になっても、 ハイブリッドアーキテク チャの高性能コア、 いわゆるパフォーマンスコア（P-core）の数が2倍になっているわけではないため、 2倍のパフォーマンスが得られるわけではありません。 これらは低消費電力コア、 いわゆる高効率コア （E-core）よって補完されます。 このハイブリッドアーキテクチャは、 さまざまな組込みアプリケーショ ン分野に多くのメリットをもたらします。 ワークステーションクラスの産業用機器 この新しい組込みプロセッサは、 これまでと同様に、標準のビジネスITプロセッサから派生したもの であるため、 ワークステーションクラスの産業用グレードの機器が最初に恩恵を受けるアプリケーシ ョン分野です。 このような機器は、 超音波検査の画像処理をおこなう医療用バックエンドシステムか ら、ビデオやサウンド処理をおこなうプロ用放送機器やエンターテインメント機器まで、 さまざまな市 場で必要とされています。 同様の堅牢性とパフォーマンスへの要求は、 都市や駅、 および高速道路に おける公共の安全のための固定式スマート監視システムからもあります。 あるいは、 ワークロードが 高く、 さまざまな異種のタスクを並行して実行する必要がある、 コントロールルームシステムで使用す る機器からも同様の要求があります。 これらのタスクの一部はパフォーマンスコアで実行する必要が

2 第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したCOM-HPCとCOM Express コンピュータ・オン・モジュール ありますが、 他の多くのタスクは低消費電力のE-coreで実行できるため、 システム全体の効率が向上 します。 エッジアプライアンスとモバイル機器 これらの産業向けの、 標準的なITのようなアプリケーション以外にも、 コア数が多いインテルの新し いハイブリッドアーキテクチャによるパフォーマンスバランスが適している分野はたくさんあります。 さ らに高いハイブリッドのニーズの良い例は、 自律型ロジスティクス車両や農業用モバイル機械、 ある いは建設機械や商用機械で使用されるメガトレンドのエッジコンピュータやIoTゲートウェイです。 そ の他の主要な市場としては、 AIベースの品質検査を含むスマートファクトリやプロセスオートメーショ ンのアプリケーション、あるいは産業用ビジョンとリアルタイム制御を組み込んだ協調型ロボットなど です。 これらのシステムはすべて、 並列実行が必要なAIベースのビジョンやリアルタイム制御、 セキュ アな接続などのタスクのために、 複数の仮想マシンを統合しています。 しかし、 これらすべてのタスク が最高のパフォーマンスを必要とするわけではありません。 このため、 最適なリソース割り当てのため のハードウェアによる、 最も効率的なスレッドのパフォーマンスバランシングは、 この次世代のコンピ ュータ・オン・モジュールが提供するゲームチェンジャーの1つです。 TSNを含むリアルタイムアプリケーション インテル スレッド・ディレクターは、 自動的にスレッドのパフォーマンスバランシングをおこなうため、 エンジニアは手動で特定のコアにスレッドを割り当てる必要がありません。 インテルテクノロジーの 組込みロジックにより、 最高の効率を得るために30msごとに最適なコアにスレッドを割り当てるよ う、 オペレーティングシステムのスケジューラに指示します。 これにより、整数やベクトル、 AIのタスク に加えてバックグラウンド動作を並行して組み合わせるため、 実際のアプリケーションの性能が大幅 に改善されます。 リアルタイムアプリケーションにおいては、 計算時間と応答時間を保証するために、 OSがコアの割り当てを無効化できる必要があるため、 リソースの割り当ては特に難題です。 そこで、 リアルタイムシステムズのRTSハイパーバイザなどのハイパーバイザテクノロジーが必要になります。 ハイパーバイザテクノロジーは専用リソースをリアルタイムアプリケーションに割り当てるように設計 されているため、 適切なソリューションを迅速かつ簡単に実装することができます。 しかし、 これには 新しいプロセッサコアの動作を深く理解している必要があります。 したがって、 このようなテクノロジ ーについてすでに動作検証が完了している組込みコンピューティングプラットフォームは、 新しいx86 ハイブリッドアーキテクチャの動作検証を簡素化するための理想的な出発点です。 仮想化により、 リア ルタイムマシンは8つのE-coreすべてで実行できるため、 P-coreは、 組込みビジョンテクノロジーを使 ったAIによる認識などの、 パフォーマンスを必要とする二次的なタスクの処理に使うことができます。 さまざまな状況認識ロボット（いわゆる協働ロボット、 コボット:cobot）を使用して、 単一のプロセッサ で自動車製造セル全体を動かすことができます。 これには、 インテル TCCとTSNのサポートによるハ ードリアルタイムが含まれ、 プロセッサ自体だけでなく、 標準のイーサネットの配線を介してネイティ ブに実行されます。 1つのプラットフォームでワークロードを統合 「1つですべてのタスクを実行する」というプロセッサの使用方法について考えたとき、 ヘテロジニア スなジョブについてシステムを統合するというアイディアはそれほど遅れてはいません。 以前は、 HMI や、 さまざまなコントローラ、 IoTゲートウェイ、 あるいはインダストリー4.0のために別々の製造機械 用コンピュータを使っていましたが、 すべてを単一のプラットフォームに実装することによってコスト削 減と信頼性の向上が実現しました。 そして、 これは、 リアルタイムアプリケーションを除いて、 すべてイ ンテル スレッド・ディレクターによって自動的に管理され、 これまでになく高速でエネルギー効率の高 いスレッド実行が可能となります。

3 第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したCOM-HPCとCOM Express コンピュータ・オン・モジュール 新しいインテル Coreプロセッサ（ソケッ ト用のLGAとハンダ付け用のBGAのバリ エーション）は、 ハイブリッドコアを搭載 したこと以外にも、 多くのアドバンテー ジがあります。 たとえば、 モバイルBGA プロセッサには、 インテグレートされた インテル Iris Xe GPUの最大96の実行ユ ニットが搭載されており、 第11世代イン テル Coreプロセッサと比較して、 グラフ ィックスパフォーマンスが最大129%向上 することが期待できます。 これにより、 真 の没入型（イマーシブ）ユーザーエクスペ リエンスが可能になるだけでなく、 AIア ルゴリズムなどの高度に並列化された ワークロードの処理が高速化されます。 第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したコンガテックのコンピュータ・オン・モジュールは、ハ イブリッドリアルタイムや標準OSアプリケーション向けに、リアルタイムシステムズの検証済みRTS ハイパーバイザを実装して提供することができるため、この新しいx86ハイブリッドアーキテクチャの 評価を簡素化します。 94%高速なパフォーマンスと最大 181%高いスループット 最高の組込みクライアント機器向けにパフォーマンスを最適化した、 LGAプロセッサを搭載したモジ ュールのグラフィックスは、 最高で94％速いパフォーマンスを提供します。 特にビジョンシステムを使 ったAIに関連するもう1つの驚くべき事実は、 画像分類推論のパフォーマンスがほぼ3倍となる、 最高 181％もスループットが向上したことです。 さらに、 モジュールは、 グラフィックスとGPGPUによる最大 のAIパフォーマンスを実現するために、 外付けのGPU接続用の非常に広い帯域幅を提供します。 BGA バージョンと比較すると、 PCIe 4.0に加えて、 レーン速度が2倍の超高速PCIe 5.0インタフェースを CPU直結でサポートしているため、 これらと他のすべてのペリフェラルは、 その恩恵を受けることがで きます。 さらに、 デスクトップチップセットでは追加の接続用に最大8x PCIe 3.0レーンを提供し、 モバ イルBGAのバージョンではCPU直結で最大16x PCIe 4.0レーン、チップセットから最大8x PCIe 3.0レー ンが提供されます。 これらの大幅なパフォーマンス向上に加えて、 最大128 GBのシステムメモリをサ ポートしているため、 多くの異なるマシンを1つのプロセッサに統合する次世代のエッジワークステー ションの設計者は、 もうメモリのボトルネックに苦労する必要はありません。 GPU Cores/ P-cores E-cores CPU Base Processor Threads Compute (P + E) Freq. [GHz] Freq. [GHz] Power [W] Units Intel Core i7 12800HE 14 (6+8) 2.4 / 4.6 1.8 / 3.5 20 96 45 Intel Core i5 12600HE 12 (4+8) 2.5 / 4.5 1.8 / 3.3 16 80 45 Intel Core i3 12300HE 8 (4+4) 1.9 / 4.3 1.5 / 3.3 12 48 45 第12世代インテルCoreモバイルプロセッサ搭載のconga-TC670 COM Express Type 6 Compactモジュール（95 mm x 95 mm）、およびconga-HPC/cALP COM-HPC Client Size Aモジュール（120 mm x 95 mm） のバリエーション。

4 第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したCOM-HPCとCOM Express コンピュータ・オン・モジュール GPU Cores/ P-cores E-cores CPU Base Processor Threads Compute (P + E) Freq. [GHz] Freq. [GHz] Power [W] Units Intel Core i9 12900E 16 (8+8) 2.3 / 5.0 1.7 / 3.8 24 32 65 Intel Core i7 12700E 12 (8+4) 2.1 / 4.8 1.6 / 3.6 20 32 65 Intel Core i5 12500E 6 (6+0) 2.9 / 4.5 - 12 32 65 Intel Core i3 12100E 4 (4+0) 3.2 / 4.2 - 8 24 60 コンガテックのconga-HPC/cALS COM-HPC Client Size Cモジュール（120 mm x 160 mm）では、4種類の第12世代インテルCoreデスクトッププロセッサのバリエーションが 用意されています。 AI, AI, AI 新しい世代のインテル Coreは、 Windows MLやインテルディストリビューションのOpenVINOツー ルキット、およびChrome Cross MLをサポートする、 専用のAIエンジンを搭載しています。 非常に重 いエッジのAIワークロードを処理する場合でも、さまざまなAIワークロードをシームレスにP-coreと E-core、あるいはGPU実行ユニットに割り当てられます。 内蔵のインテル ディープラーニング・ブース トテクノロジーは、 Vector Neural Network Instructions（VNNI）を介してさまざまなコアを活用し、 さらにインテグレートされたグラフィックスは専用GPUとしても使えるように、 AIアクセラレーテッド DP4a GPU命令をサポートしています。 さらに、 インテルの最低消費電力の内蔵AIアクセラレータであ るインテル Gaussian＆Neural Accelerator 3.0（インテルGNA 3.0）は、 動的なノイズ抑制と音声認識 を可能にし、プロセッサがローパワーステートのときでも、 ウェイクアップ音声コマンドを実行するこ とができます。 これらの機能とリアルタイムシステムズのハイパーバイザテクノロジーや、 Real-Time Linux、Wind River VxWorksなどのOSサポートとを組み合わせることにより、 エッジコンピューティ ングアプリケーションの開発を促進し加速するための、 より完全なエコシステムパッケージが実現し ます。 コンピュータ・オン・モジュールのバリエーション コンガテックなどの組込みコンピューティングベンダーが提供する新しい世代のコンピュータ・オン・ モジュールによって、 広い帯域幅と高いパ フォーマンスの新しいインテルCoreプロセ ッサを、 さまざまなバリエーションで利用 できるようになります。 設計者は、 最高の 帯域幅用に設計された新しいフラッグシッ プのCOM-HPC Clientモジュール規格、 あ るいは実績のあるCOM Express Type 6 規格を選択することができます。 どちらの 規格もPICMGによってホストされているた め、 両方のフォームファクタで同じ信頼性と コミュニティのサポートを得られます。 それ では、 どちらを選ぶべきなのでしょうか？既 存のアプリケーションでは、 COM Express Type 6を使用することをお勧めします。 新 しい設計、 特に帯域幅とパフォーマンスの エンジニアは、既存の製品用に実績のあるCOM Express Type 6を選択するか、新規の開発用に 要求がさらに高まることが予測される設 新しいCOM-HPC Client Size AあるいはClient Size Cモジュールを選択することができます。 計には、 COM-HPCが最適です。 なぜなら、 今後5〜10年以内にCOM-HPCが COM Expressの後継となることが期待されるためです。 しかしなが

5 第12世代インテルCoreプロセッサを搭載したCOM-HPCとCOM Express コンピュータ・オン・モジュール ら、 COM Expressは非常に長くサポートされるであろうことをご留意ください。 実際に前世代のETX でさえ、 前世紀の終わりに登場してから23年経った現在でも稼働しており、いまだに購入が可能なの です。 したがって、 組込みコンピューティング業界は産業用OEMカスタマのビジネスと同じくらい安定 しており、設計者はフォームファクタの選択で失敗することを心配する必要はありません。 彼らは常に 長期的な供給を必要としていますが、 機能セットと形状がコンピュータ・オン・モジュールの固有の機 能として標準化されているため、 エンジニアは新たなPCB設計のためにNREを使うことなく、 同じキ ャリアボードで次世代のプロセッサを使用することができます。 もう1つの利点は、製品ファミリの高い スケーラビリティで、 これは新しい世代のインテルCoreがLGAとBGAの2つのバージョンが提供されて いることでも一目瞭然です。 著者: ゼリコ・ロンカリック（Zeljko Loncaric）：コンガテ ック マーケティングエンジニア

コンガテック（congatec）について コンガテック（congatec）は、組込みコンピューティング製品にフォーカスする、急速に成長しているテクノロジー企業です。 ハ イパフォーマンス コンピュータモジュールは、 産業オートメーション、医療技術、 輸送、 テレコミュニケーション、その他の多くの 分野の幅広いアプリケーションやデバイスで使用されています。 当社は、 成長する産業ビジネスにフォーカスする、 ドイツのミッ ドマーケットファンドである株主のDBAG Fund VIIIに支えられており、 これらの拡大する市場機会を活用するための資金調達 とM＆Aの実績があります。 また、コンピュータ・オン・モジュールの分野では、世界的なマーケットリーダーであり、 新興企業か ら国際的な優良企業まで優れた顧客基盤を持っています。コンガテックは、ドイツのデッゲンドルフに本社を置き、 現在、 米国、 台湾、 中国、 日本、 オーストラリア、 英国、 フランス、 チェコ共和国に事業拠点を置いています。 詳細については、 当社の Web サイト www.congatec.com/jp、 または LinkedIn、 Twitter、 YouTube をご覧ください。 本社 congatec GmbH Auwiesenstraße 5 94469 Deggendorf Germany Phone +49 (991) 2700-0 info@congatec.com www.congatec.com 子会社 congatec Asia Ltd. congatec, Inc. コンガテックジャパン株式会社 congatec China Technology Ltd. 2F., No.186, Sec. 3, 6262 Ferris Square 〒105-0013 東京都 港区 浜松町1-2-7 Sunyoung Center, 901 Building B, Chengde Rd. San Diego 浜松町一丁目ビル301 No. 28 Xuanhua Road, Changning District, 10366 Taipei, Taiwan CA 92121 USA Phone +81 (3) 6435-9250 Shanghai 200050, China Phone +886 (2) 2597-8577 Phone +1 (858) 457-2600 sales-jp@congatec.com Phone +86 (21) 6025-5862 sales-asia@congatec.com sales-us@congatec.com www.congatec.jp sales-asia@congatec.com www.congatec.tw www.congatec.us www.congatec.cn congatec Australia Pty Ltd. congatec Korea Ltd. Real-Time Systems GmbH Unit 2, 62 Township Drive Mr. Yoonsun Kim Gartenstrasse 33 West Burleigh (Yatap-Dong), #707, 88212 Ravensburg Queensland 4219, Australia 42, Jangmi-ro, Bundang-gu, Germany Phone +61 (7) 5520-0841 Seongnam-si, Gyeonggi-do, Phone +49 (751) 359558-0 sales-au@congatec.com South Korea info@real-time-systems.com www.congatec.com Phone: +82 (10) 2715-6418 www.real-time-systems.com yoonsun.kim@congatec.com セールスオフィス Southern Europe / Benelux United Kingdom / Ireland Nordics & Baltics Mr. Stéphane Mailleau Mr. Darren Larter Mr. Timo Poikonen Phone: +33 6 32 99 12 12 Phone: +44 784 581 4792 Phone: +358 40 8268 003 stephane.mailleau@congatec.com darren.larter@congatec.com timo.poikonen@congatec.com