PICMG 1.3 : comment fonctionne une carte CPU industrielle avec fond de panier ?

Le PICMG 1.3 est une spécification de System Host Board utilisant PCI Express pour communiquer avec les cartes d’extension installées sur un fond de panier.

Le principe consiste à déplacer sur une carte enfichable les composants actifs généralement présents sur une carte mère : processeur, mémoire, chipset et principales fonctions de calcul.

Cette carte, appelée System Host Board ou SHB, s’insère elle-même dans un backplane. Les cartes PCI Express ou PCI sont ensuite installées dans les autres emplacements du fond de panier.

Le système se présente donc de manière simplifiée ainsi :

Carte CPU SHB → fond de panier PICMG 1.3 → cartes PCIe / PCI

Cette organisation distingue clairement le PICMG 1.3 d’une carte mère ATX traditionnelle.

La System Host Board constitue la carte CPU du système PICMG 1.3.

Elle regroupe notamment, selon le modèle :

• le processeur ;
• la mémoire ;
• le chipset ;
• les interfaces réseau ;
• les contrôleurs de disque ;
• l’affichage ;
• les interfaces USB et série ;
• les fonctions de gestion et de sécurité.

Mais contrairement à une carte mère ATX, les principaux slots destinés aux cartes d’extension ne sont pas directement implantés sur cette carte.

Les liaisons PCI Express sont transmises à travers le connecteur PICMG 1.3 vers le fond de panier.

La spécification définit des System Host Boards Full-size et Half-size.

Le fond de panier, ou backplane, reçoit la carte CPU et les différentes cartes d’extension.

C’est donc lui qui détermine en grande partie :

• le nombre d’emplacements disponibles ;
• leur position physique ;
• la répartition des interfaces PCI Express ;
• la présence éventuelle de slots PCI ;
• l’organisation générale des cartes dans le châssis.

Le backplane et la System Host Board doivent être sélectionnés ensemble : disposer physiquement d’un slot PCIe ne suffit pas. Les lignes PCI Express réellement disponibles dépendent à la fois des capacités de la SHB et du routage du fond de panier.

Le PCI Express constitue l’une des fonctions centrales du PICMG 1.3.

La spécification permet de transmettre vers le backplane différentes largeurs de liaisons PCI Express, notamment x1, x4, x8 ou x16, selon les capacités de la System Host Board et du fond de panier utilisés.

Cela signifie qu’il faut distinguer trois éléments lors de la conception du système :

• Le format physique du slot,
• Le nombre de lignes PCIe réellement disponibles,
• La manière dont ces lignes sont distribuées entre la SHB et le backplane.

Une carte PCIe x16 physique n’exploite donc pas nécessairement seize lignes dans toutes les configurations.

Pour comprendre les différences entre PCIe x1, x4, x8 et x16, les générations PCI Express et leurs débits, consultez notre guide consacré au PCI Express.

Oui, selon la System Host Board et le backplane sélectionnés.

La spécification PICMG 1.3 peut également prendre en charge une interface PCI / PCI-X optionnelle, en complément de PCI Express.

Cette possibilité peut présenter un intérêt lorsqu’un PC industriel doit maintenir certaines cartes PCI existantes tout en intégrant des périphériques PCI Express plus récents.

Il faut toutefois vérifier cette fonction sur la carte CPU et le fond de panier réellement sélectionnés : la présence du PICMG 1.3 ne signifie pas automatiquement que tous les systèmes disposent de slots PCI.

Le PICMG 1.3 et l’ATX permettent tous deux de construire des PC industriels avec plusieurs cartes d’extension, mais leur organisation est fondamentalement différente.

Le PICMG 1.3 devient particulièrement intéressant lorsque l’organisation des cartes d’extension est structurante dans la conception du système.

L’ATX reste une solution plus directe lorsque les slots disponibles sur la carte mère couvrent déjà le besoin.

Pour comparer également le Mini-ITX, le Thin Mini-ITX et le Micro-ATX, consultez notre guide Mini-ITX vs Thin Mini-ITX vs Micro-ATX vs ATX : quel format choisir ?

Le PICMG 1.3 mérite d’être étudié lorsqu’un système nécessite notamment :

• Plusieurs cartes d’extension ;
• Une organisation précise des slots dans le châssis ;
• Différentes largeurs PCI Express ;
• Le maintien de cartes PCI lorsque la configuration le permet ;
• Une séparation entre la partie CPU et le fond de panier ;
• Une configuration dans laquelle le remplacement de la carte CPU doit pouvoir être envisagé indépendamment du backplane, sous réserve de compatibilité.

En revanche, lorsque les slots intégrés à une carte ATX ou Micro-ATX répondent déjà au besoin, une carte mère traditionnelle peut constituer une solution plus simple.

Le choix doit donc partir du nombre exact de cartes à installer et de leurs besoins PCI Express, et non simplement du nombre de slots visibles.

La SHB160 est une carte CPU PICMG 1.3 Full-size de 338 × 126 mm utilisant un socket Intel LGA1700.

Elle accepte des processeurs Intel Core i7, i5 et i3, Pentium ou Celeron de 12e, 13e et 14e générations, jusqu’à 125 W selon la configuration.

Deux chipsets sont disponibles : Intel R680E et Intel H610E.

La version R680E peut recevoir jusqu’à 192 Go de DDR5-4400 ECC ou non-ECC, tandis que la version H610E accepte jusqu’à 64 Go de DDR5-4400 non-ECC.

La SHB160 constitue ainsi un exemple concret de séparation entre carte CPU et système d’extension sur fond de panier, approche également présentée dans notre gamme Carte mère industrielle.

Selon la version sélectionnée, la SHB160 fournit au fond de panier :

• 1 × PCIe Gen 4 x16 ;
• 1 × PCIe Gen 3 x4 ou 4 × PCIe Gen 3 x1 ;
• 4 bus PCI 32 bits.

Deux variantes sont donc proposées pour la partie PCIe Gen 3 : une configuration x4 ou une configuration utilisant quatre liaisons x1.

Cette distinction est importante lors du choix du fond de panier, car le nombre de slots physiques doit correspondre à la distribution des lignes réellement fournie par la carte CPU.

L’utilisation d’un fond de panier ne signifie pas que toutes les interfaces du PC passent obligatoirement par celui-ci.

La SHB160 intègre directement ses principales fonctions de calcul et de communication.

Selon le chipset, elle peut notamment proposer : M.2 NVMe et jusqu’à six SATA avec le R680E, ainsi que deux interfaces 2.5GbE Intel I226.

Elle dispose également d’interfaces d’affichage, USB et série.

Le backplane intervient donc principalement pour organiser et distribuer les extensions du système, tandis qu’une partie importante de la connectique reste directement disponible sur la System Host Board.

Le backplane ne doit pas être choisi uniquement en fonction du nombre de slots.

Plusieurs critères doivent être vérifiés.

La séparation entre carte CPU et fond de panier permet de traiter la partie calcul indépendamment du support des cartes d’extension.

Dans une configuration compatible, une évolution de la plateforme processeur peut ainsi passer par le remplacement de la System Host Board sans imposer automatiquement le remplacement du fond de panier et de toutes les cartes périphériques.

La spécification SHB Express a notamment été conçue pour apporter cette flexibilité et simplifier l’évolution ou la maintenance de systèmes utilisant des cartes d’extension standardisées.

Cette possibilité reste toutefois conditionnée à la compatibilité du nouveau SHB avec le backplane, l’alimentation, les cartes d’extension, le châssis et le logiciel.

Le PICMG 1.3 ne remplace pas systématiquement une carte mère traditionnelle.

Chaque approche répond à un besoin différent.

Pour une vue globale de ces différentes solutions, consultez notre guide SBC, Computer-on-Module ou carte mère industrielle : quelle solution choisir pour une machine OEM ?.

Les deux approches séparent certaines fonctions du système, mais elles ne doivent pas être confondues.

Un Computer-on-Module Qseven ou SMARC est un module de calcul compact installé sur une carrier board, dont la connectique peut être développée spécifiquement pour l’équipement.

Une System Host Board PICMG 1.3 est une carte CPU destinée à un fond de panier, dont la fonction principale est notamment d’accueillir et d’interconnecter les cartes d’extension.

Le COM privilégie donc la personnalisation de la carte porteuse, tandis que le PICMG 1.3 répond davantage à une problématique d’organisation et d’extension du système.

Pour approfondir le premier cas, consultez notre guide Qseven vs SMARC : quelles différences entre ces Computer-on-Modules industriels ?.

Avant de sélectionner une carte CPU et son fond de panier, vérifiez :

1. Le processeur et la mémoire nécessaires au logiciel.

2. Le nombre de cartes d’extension à intégrer.

3. Le nombre de lignes PCI Express demandé par chacune de ces cartes.

4. La nécessité éventuelle de conserver des périphériques PCI.

5. La compatibilité entre la SHB, le backplane, le châssis et l’alimentation.

6. Le refroidissement du processeur et des cartes d’extension dans la configuration finale.

Cette vérification évite notamment de sélectionner un fond de panier offrant suffisamment de slots physiques mais dont la distribution PCI Express ne correspond pas aux cartes réellement utilisées.

Le choix d’un système PICMG 1.3 doit être réalisé à partir du processeur, de la mémoire, des cartes PCIe ou PCI à intégrer, du nombre de lignes nécessaires, du fond de panier, du châssis, de l’alimentation et du refroidissement.

Notre gamme de cartes mères industrielles comprend la SHB160 PICMG 1.3 Full-size, destinée aux systèmes nécessitant une carte CPU associée à un fond de panier compatible.

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