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12 calculateurs embarquépour châssis industriels

cPIERRICK ARLOT redaction@industrie-technologies.com
Enfichables dans des châssis industriels, les calculateurs embarqués constituent le cerveau de nombreux équipements utilisés dans les usines, les réseaux télécoms, les avions et autres moyens de transports. L'hégémonie d'Intel au coeur de ces systèmes a entraîné une certaine uniformisation de l'offre sur ce secteur. Dès lors, les fournisseurs essayent de se démarquer via les services associés qu'ils proposent, en marge de leur catalogue.

Qu'y a-t-il de commun entre une antenne relais de téléphonie mobile, un système de signalisation ferroviaire ou un automate programmable installé sur une chaîne de production ? A priori pas grand-chose. Et pourtant... Le coeur de ce matériel bat toujours au rythme d'un calculateur embarqué, tout comme celui des équipements électroniques en châssis industriels utilisés par les milieux du médical, de la défense ou de l'aéronautique. À l'instar d'une carte-mère d'ordinateur, le calculateur fournit l'intelligence et la puissance de calcul nécessaires à la bonne exécution de l'application à laquelle il est dédié. Parallèlement, ce centre névralgique gère les communications avec les autres sous-ensembles du système au travers d'un « fond de panier », carte spécifique où sont enfichés côte à côte le (ou les) calculateur embarqué et les divers périphériques de l'équipement (cartes d'acquisition de signaux, cartes d'entrées/sorties analogiques ou numériques, cartes de commutation ou de communication, etc.).

Obéissant à des standards de bus informatiques comme le VME (le plus ancien, toujours très présent sur les marchés militaire et aéronautique), le CompactPCI (le plus généraliste et le plus répandu) ou l'ATCA (le plus récent, plutôt dédié aux télécoms), le calculateur embarqué est devenu un produit presque banal. Une denrée « sur étagère » qu'équipementiers et intégrateurs peuvent se procurer auprès de fournisseurs aguerris aux contraintes du secteur. Mais cette banalisation ne va pas sans effets collatéraux. « Il est désormais difficile pour les fabricants de se différencier par les caractéristiques purement matérielles de leurs produits », constate Elie Gasnier, directeur marketing d'Ecrin Systems, intégrateur et distributeur de calculateurs Emerson Network Power, GE Intelligent Platforms (GE-IP) ou Adlink.

De fortes contraintes

De fait, un système électronique en châssis industriel n'acquiert jamais sa spécificité par son calculateur embarqué, mais plutôt par la façon dont ledit système se connecte et interagit avec son environnement. Dans la pratique, la sélection du calculateur n'interviendra qu'en dernière instance. Ses caractéristiques dépendront du type et du nombre de cartes périphériques à gérer, ainsi que des flux de données à véhiculer sur le fond de panier. L'héritage logiciel (la récupération de programmes anciens et des applications existantes), les dimensions physiques du calculateur, le poids ou le coût global du système seront aussi des critères pris en compte. Sans oublier que la puissance de calcul développée résultera d'un compromis qui intègre les contraintes de consommation et de dissipation thermique, données incontournables de l'électronique embarquée. Dans un châssis hermétiquement clos par exemple, là où le passage d'un flux d'air forcé n'est pas envisageable, un calculateur refroidi par conduction (adjonction d'une pièce métallique pour augmenter la surface de contact avec l'extérieur) s'imposera.

Un basculement sur les architectures Intel

Intel n'est pas étranger à la quasi-uniformisation de l'offre en calculateurs embarqués. « On constate une migration générale vers l'architecture x86 et particulièrement vers le processeur multicoeur Core i7 », note Nicolas Stenko, responsable commercial de NeoMore, qui distribue les produits X-ES et EKF. Ce circuit équipe une gamme toujours plus large de calculateurs CompactPCI, disponibles tant chez les grands généralistes comme Advantech, Emerson Network Power, GE-IP ou Kontron, que chez les fabricants de moindre envergure. « Intel a raflé 90 % du marché CompactPCI et la présence du PowerPC y est maintenant anecdotique », souligne Michel Goujet, directeur de Men Mikro Elektronic SA. Développé par IBM, Apple et Motorola et commercialisé par Free-scale sur les marchés de l'embarqué, le PowerPC a vu sa cote sévèrement chuter, miné par la montée en puissance de son concurrent.

Les qualités du fournisseur

Omniprésent, Intel l'est également sur les calculateurs pour châssis MicroTCA, un standard émergent, encore en cours d'évaluation. Et c'est encore l'architecture x86, la famille de processeurs multicoeurs Xeon en l'occurrence, que l'on retrouve généralement sur les calculateurs/serveurs pour châssis télécoms ATCA. Même le monde VME, historiquement lié au PowerPC, cède aux sirènes d'Intel. Certes, quelques spécialistes du VME ancrés sur le marché militaire et aéronautique ont fait évoluer leur catalogue vers le processeur multicoeur QorIQ, dernier en date de la famille PowerPC. Nonobstant, depuis 2010, le marché a vu l'émergence d'une offre de calculateurs Core i7 compatibles VME et VPX, sa récente évolution vers les très hautes performances recherchées par la défense et l'aérospatial. « Quand les applications peuvent se le permettre, en particulier quand il n'existe pas d'héritage logiciel ou de contraintes d'entrées/sorties spécifiques, le couple Linux-Intel est privilégié, tant en VME qu'en CompactPCI », assure Vincent Chuffart, responsable marketing de Kontron France. « Si l'intégrateur ou l'équipementier n'a pas de choix logiciel arrêté, l'architecture Intel s'impose... car elle n'impose rien », renchérit Jean-Philippe Barbin, directeur d'Artic, intégrateur et distributeur des produits CCT. Les fabricants de calculateurs embarqués ne s'y trompent pas. Début 2011, lors du lancement de la génération de processeurs Core i7 Sandy Bridge, pratiquement tous ont annoncé des produits basés sur ce composant !

Dans ces conditions d'uniformisation technologique, les critères de choix d'un calculateur embarqué apparaissent donc plus liés aux qualités d'un fournisseur qu'aux seules caractéristiques du produit. « Au-delà du prix, la richesse du catalogue du fabricant, sa capacité à assurer différents niveaux de durcissement pour ses calculateurs et à personnaliser l'offre, l'assurance de la pérennité des produits, sont des critères différenciateurs », note Michel Goujet. « La politique de support, et notamment celle liée à la gestion de l'obsolescence des composants, doit aussi être dûment évaluée, surtout pour les équipements dont la durée de vie peut atteindre dix, voire quinze ans », insiste Vincent Chuffart. Certains fournisseurs tentent quand même de se singulariser. Tel est le cas d'Interface Concept, seul français positionné sur le créneau. « Sans la puissance de feu des grands généralistes, nous ne pouvons nous aligner sur leurs prix et nous devons nous démarquer », explique Pierre Ansquer, responsable avant-vente du constructeur breton. Aussi la société propose-t-elle des calculateurs personnalisables grâce à la présence sur la carte d'un composant programmable (FPGA).

Le recours à l'intégration

Autre tendance du secteur : la disponibilité de plus en plus fréquente de châssis pré-équipés en calculateurs, alimentations, systèmes de refroidissement, éléments de gestion et même systèmes d'exploitation et logiciels de base. Un moyen d'épargner aux clients des travaux d'intégration parfois complexes et souvent chronophages. Dans le même ordre d'idée, les fournisseurs tendent aussi, inexorablement, à étoffer leurs propres services d'intégration. « Les frontières entre fabricants et intégrateurs ont tendance à s'estomper », constate ainsi Jean-Philippe Barbin. À charge pour les utilisateurs de faire jouer la concurrence .

PROGRESSION

Après deux années de tassement, le marché est reparti à la hausse avec une progression de près de 7 % en 2010 (source VDC).

Au coeur des systèmes électroniques

cOn ne sait pas bien qui ils sont, et pourtant ils se nichent derrière la moindre application. Les calculateurs embarqués en châssis industriels se trouvent quasi systématiquement au coeur de tout système électronique aux multiples interfaces d'entrées/sorties. Surtout lorsqu'il faut associer performances, déterminisme et tolérance aux pannes avec longévité et résistance à des contraintes environnementales sévères. Équipements de pilotage et de surveillance de chaînes de production, imageurs médicaux, stations de base etpour réseaux mobiles, commutateurs télécoms, calculateurs de vol d'avions ou de drones, instrumentation pour laboratoires de recherche, radars, sonars... les calculateurs embarqués sont véritablement partout !

LE PLUS SÉCURISÉ

A602 MEN MIKRO ELEKTRONIC Au format VME 6U* 64 bits, le calculateur embarqué A602 de Men Mikro Elektronik cible les marchés où la sécurité des biens et des personnes (ferroviaire, avionique, etc.) est un impératif. Développé selon les recommandations de la norme aéronautique DO 254, le produit répond aux exigences stipulées par les niveaux les plus élevés de criticité (DAL-A, SIL 4). Pour atteindre de tels objectifs, le calculateur affiche une triple redondance au niveau des composants. Il dispose ainsi de trois processeurs PowerPC 750 cadencés chacun à 700 MHz, associés à trois blocs mémoire de 512 Mo chacun, et trois alimentations séparées. Horloge et mémoire Flash sont également dupliquées. Le système reste opérationnel même en cas de panne de l'un des composants redondants. FICHE TECHNIQUE Emplacements pour cartes mezzanines 1 site PMC standard, 1 site PMC pour PMC AFDX Gamme de températures supportées : - 40 à + 50 °C Systèmes d'exploitation VxWorks, PikeOS Prix : environ 10 000 euros

LE MOINS CONSOMMATEUR

ACR301 GE INTELLIGENT PLATFORMS Au format CompactPCI 3U*, le calculateur ACR301 répond aux besoins des équipements électroniques qui doivent à la fois consommer peu et dissiper un minimum d'énergie tout en affichant des performances de haut niveau. Des contraintes que l'on rencontre typiquement dans des véhicules à usage militaire. Basée sur le dernier-né des processeurs Atom d'Intel (la famille E6xx), la carte affiche probablement le meilleur rapport performances/watt de sa catégorie, pour une consommation inférieure à 10 W. Proposé avec quatre versions du processeur (0,6 GHz, 1 GHz, 1,3 GHz, 1,6 GHz), l'ACR301 est disponible sous cinq niveaux de durcissement différents pour un fonctionnement dans les environnements les plus sévères, tant dans le domaine industriel que dans le secteur de la défense et de l'aérospatial. Originalité du produit : le support du bus CAN. ccFICHE TECHNIQUE Emplacement pour carte mezzanine : 1 site PMC Gamme de températures supportées de 0 à + 55 °C en standard, extensible de - 40 à + 85 °C Systèmes d'exploitation VxWorks, Linux, Windows Prix : à partir de 2 500 euros

LE PLUS ÉVOLUTIF

MIC-5603 ADVANTECH Basé sur la deuxième génération de processeurs Intel Core 32 nm lancée par Intel en janvier 2011, ce calculateur pour châssis MicroTCA dédié aux applications télécoms est particulièrement original. Il est doté d'un emplacement qui permet de faire évoluer aisément la carte de base et de l'étoffer de fonctionnalités additionnelles via l'ajout d'un module supplémentaire (processeur réseau, unité de calcul graphique ou vectoriel, interface graphique, etc.). Selon Advantech, inventeur de ce concept, il est possible d'ajouter des ports d'entrées/sorties en face avant, des interfaces internes ou des fonctions de coprocesseur pour délester le processeur principal de certaines fonctions (le chiffrage par exemple). Emplacement pour carte mezzanine 1 site AMM (AMC Mezzanine Module) Gamme de températures supportées de 0° à + 50 °C Systèmes d'exploitation VxWorks, Linux, Windows Server Prix : non communiqué

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