Elkhart Lakeとは？
世界がインダストリー4.0に移行するにつれて、エッジコンピューティングアプリケーションでは、リアルタイム推論、接続性、およびデータテレメトリーのためのより高いパフォーマンスと低消費電力処理、さらに強化された堅牢性に対する需要が急増しています。IoTおよびエッジコンピューティングの爆発的な成長により、以前の世代のプロセッサーでは対応できなかったパフォーマンスのボトルネックと限界が生じていました。インテルの最新のAtom x6000 Eシリーズ、Pentium、およびCeleron N & Jシリーズプロセッサー世代（正式名称：Elkhart Lake）は、これらの要求に対応し、組み込みおよび産業用IoT市場が現在直面しているボトルネックを緩和するために発売されました。
Elkhart Lakeのユースケース
Elkhart Lakeは産業用IoTに焦点を当てており、最新のIntel Atom x6000e、Pentium、Celeron N & Jシリーズは、過酷な環境条件下で高性能、低消費電力、リアルタイム処理を必要とする主要な産業分野にソリューションを提供します。Elkhart Lakeが展開される主要なアプリケーションは、中断のない運用を伴う広範な稼働時間、スペースに制約のある場所での実装、および頻繁な衝撃、振動、変動する温度への曝露から構成されます。Elkhart LakeがIoT中心の機能を強調できるターゲット市場セグメントには、以下が含まれます。
- 産業用および工場自動化
- スマートリテール
- スマートキオスクマシン
- インテリジェントIoTインフラストラクチャ
- 医療画像診断
- 車両フリートテレマティクスと管理
なぜElkhart Lakeなのか？ (Elkhart Lake vs Apollo Lake vs Bay Trail)
Apollo Lake（2016年発売）とBay Trail（2013年発売）プロセッサは、いまだ15年間の製品サポートライフサイクル下にあるものの、Elkhart Lakeは、エッジアプリケーション向けの低電力・高性能プロセッサの先駆者に対して、より現代的で「刷新された」アプローチを提供します。この最新世代のIntelプロセッサは、主にエッジコンピューティングの強化と、IoT指向アプリケーションのソリューション提供に重点を置いています。
1. 大幅なパフォーマンス向上
Elkhart Lakeプロセッサ（Intel Atom x6000 Eシリーズ、Intel Pentium、Intel Celeron N & Jシリーズ）は、その前身と比較してパフォーマンスを大幅に向上させました。Elkhart Lakeは、コンピューティングダイに10nmリソグラフィ（Tremontマイクロアーキテクチャ）、プラットフォームコントローラハブ（PCH）に14nmリソグラフィを採用しているため、前世代のApollo Lakeと比較して、シングルスレッドで1.7倍、マルチスレッドで1.5倍の性能向上が実現されています。
最新のプロセッサーはクアッドコアを採用し、最小のTDP範囲4.5W～12Wを維持しつつ、最大3.0GHzのバースト周波数を提供します。最小限の電力消費で高性能なデータ処理を必要とするエッジアプリケーションにとって、この改善は導入に不可欠です。
このプロセッサーシリーズでは、RAMサポートの性能が飛躍的に向上しています。以前の世代では、最大8GBのDDR3L（最大1866MT/s）またはLPDDR4（最大2400MT/s）にしか対応できませんでしたが、Elkhart Lakeは、特定のプロセッサーモデルでIntel In-Band Error Correction Code（IBECC）をサポートし、最大32GBのLPDDR4（最大3200MT/s）に対応することで限界を押し広げます。IBECCは、標準の非ECC RAMを使用したIntelのエラー訂正ソリューションであり、長時間の稼働で信頼性が重要な要素となるミッションクリティカルな導入で利用できます。IBECCはUEFIで構成可能であり、OEM設計者やシステムインテグレーターにさらなる汎用性と柔軟性を提供します。
2. 次世代グラフィックスによる速度2倍化
Elkhart Lakeプロセッサーは、パフォーマンスの強化に加えて、IntelのGen 11 UHD Graphicsと組み合わされ、グラフィックス速度が2倍になります。グラフィックス性能が2倍に向上したことで、このプロセッサーシリーズは、4K@60fpsで3台の同時ディスプレイをサポートし、主要なグラフィックスAPI（DirectX、OpenGL、OpenCL）に対応する能力を獲得しました。これは、デジタルサイネージ、スマートキオスクマシン、IIoT & ロボティクス、産業/工場自動化などに最適です。最大32 EU（実行ユニット）コアのGPU性能により、特定のElkhart Lakeプロセッサーは、医療画像処理のような深層学習AI推論およびコンピュータービジョンアプリケーションに対応できます。
3. リアルタイムのための広範な接続性
IoTは常に成長しており、膨大な量の接続性が必要です。この世代の低電力・高性能プロセッサーは、以下をサポートします。
- 3x 2.5GbE LAN
- PCIe 3.0（最大8レーン）
- USB 3.1（最大4ポート）
- USB 2.0（最大10ポート）
システムインテグレーターやOEM設計者は、2.5GbE LANにより、タイムセンシティブなネットワーク対応MACにさらなる追加機能を提供し、リアルタイムのデータ分析を可能にできるようになりました。これは、1GbE LANに限定されていた以前の世代と比較して大きな進歩です。IoTデータが複雑化するにつれて、より高速なデータ転送速度が求められるようになるでしょう。USB世代のアップグレードにより、データ転送速度が向上し、USB 3.1では10Gbps、USB 2.0では480Mbpsの転送速度が提供されます。USB 2.0のデータ転送速度がボトルネックとなっていた一部のIoTデバイスにとって、この強化はメリットとなります。産業用IoTアプリケーションは、スペースが限られた場所でのエッジAIサポートの不足によって制約を受けています。
PCIe 3.0の導入により、異なる種類のハードウェアアクセラレーターを介したエッジAIワークロードの統合への道が開かれました。産業用コンピューターは、より小さなフォームファクターで、マシンビジョンやスマートキオスクマシンアプリケーションのためのAI推論をサポートする機能を備えるようになりました。Bay Trailと比較して、Elkhart LakeプロセッサーはPCI Expressレーンの数が2倍になり、PCIe 2.0のレーンあたり500MB/sに対し、PCIe 3.0ではレーンあたり1GB/sの帯域幅速度で動作します。これらの接続性の向上により、OEMはエッジでのミッションクリティカルなアプリケーション向けに、低電力のx86アーキテクチャでリアルタイムデータ処理を可能にする能力を獲得しました。
4. ハードウェアベースのセキュリティ（Intel PTT）の導入
ルートキットやその他の悪意のあるソフトウェアが蔓延するにつれて、エッジコンピューティングの性質上、すべての産業用IoTデバイスでデータセキュリティが不可欠となっています。Intelは、デバイスの改ざんが検出された場合にシステムの起動を阻止しつつ、クレデンシャルキーを暗号化して保存するために、独自のファームウェアベースのTPM 2.0であるIntel PTT（Platform Trust Technology）を搭載しています。Intel Boot Guard、Secure Key、AES New Instructions、SHA Extensionsといった他の重要なセキュリティプロトコルも、全体のシステム性能と生産性を損なうことなく、暗号化アクセラレータを使用してシームレスに実行されます。
統合型IoT特有の機能
Intel PSE (Programmable Service Engine)
Intelは、Elkhart Lakeに専用のARMオフロードエンジンであるIntel PSE (Programmable Service Engine)を導入しました。Intel PSEはArm Cortex-M7マイクロコントローラーを搭載しており、リモートアウトオブバンドデバイス管理、ネットワークプロキシ、組込みコントローラーライト、センサーハブなどのIoT中心機能をARMベースのアプリケーション向けにリアルタイムで提供します。
TCC (Time Coordinating Computing) & TSN (Time Sensitive Networking)
Intel TCCとTSNをIntel Atom x6000REおよびAtom x6000FEに組み込むことで、最悪実行時間 (WCET) 動作と超高信頼性低遅延通信 (URLLC) が強化されます。遅延に敏感なアプリケーションは、タイミングジッターや非同期化の原因となる影響を受けやすいです。これらの機能は、より最適化されたリアルタイム展開のためにIoTデバイスネットワーク全体でデータを同期するのに役立ちます。TSNでは、IEEE 802.1規格がライセンス料やロイヤリティを必要とせず、ユビキタスな既成ソリューションを提供します。
SI (Safety Island)
Intel Atom x6000FEシリーズのみで利用可能なIntel SIは、機能安全（FuSa）機能を提供し、システム障害がさらなる危険を引き起こしたり増幅したりする前にそれを検出し、軽減します。FuSaは、IEC 61508、ISO 13849などの国際規格に準拠しており、組織が信頼し、時間のかかる再認証プロセスを回避できるユニバーサルな技術を提供します。FuSaが利用される例としては、自動化デバイスが誤動作した場合、FuSaが作動して、さらなる損害が発生する前にシステムをシャットダウンするというものがあります。
リモートOOB＆INB管理
オペレーティングシステム（OS）が応答しなくなった場合に、リモートでの使いやすさを拡張するためのアウトオブバンド（OOB）およびインバンド（INB）デバイス管理。OOB管理では、エンドユーザーが現場に物理的にいなくても電力状態を切り替えることができ、INB管理ではファームウェアおよびソフトウェアのアップデートにアクセスできます。Elkhart Lake内の一部のIoT中心機能は特定のモデルでしか利用できませんが、これは、IntelがIIoTおよびエッジコンピューティングアプリケーション向けに、低電力設計で高性能コンピューティングの需要を認識していることを示しています。
特別仕様のIntel Atom x6000Eシリーズプロセッサー
x6000Eシリーズは、異なるアプリケーションに対応するために3つのティアで構成されています。Intel CeleronとPentium NおよびJシリーズは、産業用エッジコンピューターの統合を対象としています。一方、Intel Atom x6000Eシリーズは、TCC (Time Coordinating Computing) やSI (Safety Island) といった専門機能の提供に重点を置いています。組込みシステムは、レイテンシーに敏感な展開においてIoTデバイス間の同期を改善するTCC機能により、Atom x6000FEプロセッサーの恩恵を受けます。産業システムは、追加の誤動作安全プロトコルと最適化されたIoTデバイス管理を特徴としているため、Intel TCCとIntel SIの両方でAtom x6000REを利用します。
Intel Atom x6000シリーズプロセッサーの仕様:
Intel Elkhart Lakeを搭載したRCO-1000シリーズ
最新のRCO-1000-EHLは、Intel Elkhart Lake Atom X6425Eを搭載した超小型産業用コンピュータで、高性能エッジAI機能を必要とする省スペースのIIoT展開に最適です。この小型産業用コンピュータは150x105x49mmの寸法で、M.2エッジAIアクセラレータと互換性があります。IntelとPremioの業界リーダーシップを組み合わせたRCO-1000-EHLは、堅牢なエッジにコンピューティング性能、耐久性、信頼性をもたらします。
Intel Elkhart Lake x6425E CPUの利点は、PremioのRCO-1000-EHLファンレスミニPCに特有のもので、これは組込みおよびIoTアプリケーション向けに設計されています。x6425Eのコンパクトなファンレス設計は、性能と電力効率の向上により、エッジコンピューティングアプリケーション向けの信頼性の高いソリューションを提供します。4つのコアと高いベース周波数により、幅広い産業用および商業用アプリケーションで迅速なマルチタスク処理とシームレスな操作を保証します。強力なグラフィックス機能により、デジタルサイネージやキオスクのようなインタラクティブなアプリケーションに不可欠な高解像度ディスプレイと没入型ビジュアル体験が可能になります。さらに、ハードウェアベースのセキュリティアップグレードやIntel Secure Bootを含むx6425Eの強化されたセキュリティ機能は、オンライン攻撃から保護します。その長い寿命と広い温度範囲により、CPUは堅牢で重要な用途向けの信頼性の高い選択肢です。
出典:
Intel
Elkhart Lake: 概要と技術文書
(https://www.intel.com/content/www/us/en/products/platforms/details/elkhart-lake.html)
Elkhart Lake プラットフォーム概要 (https://www.intel.com/content/www/us/en/products/docs/processors/embedded/enhanced-for-iot-platform-brief.html)
Elkhart Lake、Apollo Lake、Bay Trail Atomプロセッサーの比較
(https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark/compare.html?productIds=207907,96488,78475)
機能安全 (FuSa)
(https://www.intel.com/content/www/us/en/industrial-automation/programmable/applications/automation/functional-safety.html)
時間調整コンピューティング (TCC)
(https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/tools/time-coordinated-computing-tools/overview.html)
時間感応型ネットワーク (TSN)
(https://www.intel.com/content/www/us/en/industrial-automation/programmable/applications/automation/tsn.html)