SBC, Computer-on-Module ou carte mère industrielle : quelle solution choisir pour une machine OEM ?

Ces différentes solutions remplissent la même fonction générale : fournir la puissance de calcul nécessaire à la machine. Leur manière de s’intégrer dans l’équipement est cependant très différente.

Un SBC industriel, ou Single Board Computer, concentre sur une même carte le processeur et les principales fonctions nécessaires au système. Selon le modèle, il peut également intégrer la mémoire, le disque, les interfaces réseau, l’affichage, les ports série et différentes extensions.

Un Computer-on-Module, ou COM, regroupe la partie calcul sur un module destiné à être installé sur une carte porteuse, également appelée carrier board. La connectique de la machine peut ainsi être définie plus précisément sur cette carte porteuse.

Les cartes Thin Mini-ITX, Mini-ITX, Micro-ATX et ATX utilisent des formats standardisés et intègrent directement leurs interfaces et leurs slots d’extension.

Une carte CPU PICMG 1.3 adopte encore une autre logique : le processeur et la mémoire sont situés sur la carte CPU, tandis que les cartes d’extension PCIe ou PCI prennent place sur un fond de panier.

Un SBC industriel est une carte de calcul compacte conçue pour regrouper le maximum de fonctions sur un seul circuit imprimé.

Selon les références, un SBC peut intégrer :

• le processeur ;
• la mémoire ;
• un disque eMMC ou NVMe ;
• les interfaces Ethernet ;
• les ports USB ;
• les sorties vidéo ;
• les ports série ;
• les GPIO ;
• les interfaces M.2.

Cette approche est particulièrement intéressante lorsque la connectique déjà disponible sur la carte répond au cahier des charges de la machine.

Quels formats de SBC trouve-t-on ?

Les SBC industriels couvrent plusieurs niveaux de compacité.

Les cartes 1,6 ou 1,8 pouce privilégient un encombrement minimal. Elles conviennent lorsque la place disponible dans l’équipement est très limitée.

Le Pico-ITX, avec ses dimensions de 100 × 72 mm, permet d’intégrer davantage d’interfaces tout en conservant une carte très compacte.

Les SBC 3,5 pouces, généralement autour de 146 × 104 mm, apportent davantage de possibilités en réseau, affichage ou extension tout en restant nettement plus compacts qu’une carte Mini-ITX.

Dans notre gamme de cartes mères industrielles, les KIWI310 et KIWI330 couvrent les formats ultra-compacts, les PICO338 et PICO570 le Pico-ITX, tandis que les CAPA13S et CAPA561 utilisent le format SBC 3,5 pouces.

Quand choisir un SBC pour une machine OEM ?

Un SBC est à étudier en priorité lorsque :

• l’encombrement disponible est réduit ;
• les interfaces intégrées couvrent déjà les besoins de la machine ;
• le nombre de cartes d’extension supplémentaires reste limité ;
• une carrier board spécifique n’est pas nécessaire ;
• l’objectif est de réduire le nombre de cartes électroniques dans le système.

Le choix du SBC doit cependant être réalisé avec précision. Deux cartes de dimensions proches peuvent proposer des connectiques très différentes.

Un Computer-on-Module, également appelé COM, sépare la partie calcul de la connectique spécifique de la machine.

Le module concentre généralement le processeur, la mémoire et les principales interfaces de la plateforme. Il vient ensuite se connecter à une carte porteuse sur laquelle sont implantés les connecteurs et périphériques propres à l’équipement.

Cette approche est particulièrement adaptée lorsque les interfaces disponibles sur une carte standard ne correspondent pas exactement au besoin de la machine.

Quel est le rôle de la carrier board ?

La carrier board constitue l’interface entre le Computer-on-Module et le reste de l’équipement.

Selon le standard et le module utilisés, elle peut notamment distribuer :

• les lignes PCI Express ;
• les interfaces Ethernet ;
• les ports USB ;
• les bus CAN ;
• les UART ;
• les sorties vidéo ;
• les interfaces SATA ;
• les GPIO ;
• les alimentations et signaux propres au système.

Le constructeur de machine peut ainsi développer une électronique adaptée à son équipement tout en séparant cette partie de la plateforme processeur.

Qseven : un standard de Computer-on-Module

Le Qseven est un format de Computer-on-Module compact.

Le Q7M310 de notre gamme mesure 70 × 70 mm et utilise des processeurs Intel Atom x5 ou x7. Il fournit notamment des interfaces PCI Express, SATA, USB, Gigabit Ethernet et différentes possibilités d’affichage vers la carte porteuse.

Certaines versions sont prévues pour fonctionner de -40 à +85 °C, ce qui permet de l’intégrer dans des équipements soumis à une plage de température étendue.

Le Qseven constitue donc une solution à étudier lorsqu’une machine nécessite un module x86 compact associé à une électronique porteuse spécifique.

SMARC : un Computer-on-Module pour une connectique étendue

Le SMARC constitue une autre famille de Computer-on-Modules.

Le SCM330 est conforme au standard SMARC 2.1.1 et mesure 82 × 50 mm. Selon sa configuration, il peut intégrer jusqu’à 16 Go de LPDDR5 avec IBECC et mettre à disposition de la carte porteuse des interfaces PCIe, SATA, Ethernet 2.5GbE, CAN, USB, UART, I²C et différentes interfaces vidéo.

Des versions industrielles sont prévues pour fonctionner de -40 à +85 °C avec une solution thermique adaptée.

La présence de plusieurs bus de communication en fait une plateforme particulièrement intéressante lorsque l’équipement nécessite une carrier board riche en interfaces.

La différence principale réside dans le niveau de personnalisation nécessaire :

• Avec un SBC, l’intégrateur sélectionne une carte dont les interfaces correspondent au mieux aux besoins de la machine.
• Avec un Computer-on-Module, les fonctions de calcul sont séparées de la connectique, qui est définie sur la carte porteuse.

Pour un constructeur de machine, une question simple permet souvent d’orienter la sélection : les interfaces d’une carte existante couvrent-elles suffisamment le besoin ou la machine nécessite-t-elle une carte électronique spécifique ?

Le Mini-ITX est un format de 170 × 170 mm qui offre un compromis intéressant entre encombrement et possibilités d’extension.

Selon la référence, une carte Mini-ITX peut proposer :

• un processeur directement intégré ou installé sur socket ;
• un slot PCIe x16 ;
• plusieurs emplacements M.2 ;
• plusieurs interfaces Ethernet ;
• du SATA ou du NVMe ;
• plusieurs sorties vidéo ;
• des ports série.

Le Mini-ITX devient particulièrement intéressant lorsqu’un SBC est trop limité en extensions mais que le système doit rester compact.

Les GMB142, GMB150, GMB850 et MANO566 illustrent différentes configurations Mini-ITX disponibles dans notre gamme de cartes mères industrielles.

Thin Mini-ITX ou Mini-ITX : quelle différence ?

Le Thin Mini-ITX utilise lui aussi une emprise de 170 × 170 mm, mais répond à des intégrations recherchant un profil réduit et une alimentation adaptée aux systèmes compacts.

Les MANO321, MANO330 et MANO561 utilisent ce format.

Elles acceptent directement une alimentation continue :

• MANO321 : 9 à 20 VDC ;
• MANO330 : 12 à 24 VDC ;
• MANO561 : 12 à 24 VDC.

Le Thin Mini-ITX est donc à étudier lorsqu’un constructeur de machine souhaite conserver le format 170 × 170 mm tout en intégrant directement une alimentation DC sur la carte.

Le format Micro-ATX, de 244 × 244 mm, augmente le nombre de possibilités d’extension.

Il devient intéressant lorsqu’une machine nécessite plusieurs cartes PCIe mais ne justifie pas encore le format ATX.

La MMB541 dispose par exemple d’un PCIe Gen 4 x16, de slots PCIe supplémentaires et d’un slot PCI 32 bits.

La MMB566 peut proposer selon sa version plusieurs slots PCIe, du M.2 NVMe, plusieurs interfaces SATA, deux ports 2.5GbE et jusqu’à deux ports 10GbE.

Le Micro-ATX constitue ainsi un format intermédiaire entre la compacité du Mini-ITX et la forte capacité d’extension de l’ATX.

Le format ATX 305 × 244 mm est à privilégier lorsque le nombre de cartes d’extension, de disques, d’interfaces réseau ou la capacité mémoire deviennent prioritaires.

Les cartes ATX de notre gamme couvrent plusieurs niveaux de performances.

• L’IMB542 utilise un socket Intel LGA1700 et conserve notamment des slots PCI 32 bits en complément de ses interfaces PCIe.
• L’IMB550 utilise une plateforme Intel Core Ultra avec PCIe Gen 5, deux M.2 NVMe, du 2.5GbE et une fonction IPMI disponible en option.
• L’IMB711 est destinée aux configurations basées sur des processeurs Intel Xeon Scalable et propose notamment quatre slots PCIe x16 physiques, du 10GbE et une administration IPMI.

L’ATX convient donc particulièrement aux PC industriels et équipements nécessitant une forte capacité d’évolution matérielle.

Une carte CPU PICMG 1.3 adopte une conception différente des cartes Mini-ITX, Micro-ATX et ATX.

Le processeur, la mémoire et les interfaces principales sont situés sur une Single Host Board, tandis que les cartes PCIe ou PCI prennent place sur un fond de panier.

La SHB160 est une carte CPU PICMG 1.3 Full-size destinée à ce type d’intégration.

Selon sa version, elle transmet au fond de panier :

• une liaison PCIe Gen 4 x16 ;
• une liaison PCIe Gen 3 x4 ou quatre PCIe Gen 3 x1 ;
• quatre bus PCI 32 bits.

Le fond de panier peut ainsi être sélectionné en fonction du nombre et du type de cartes d’extension nécessaires au système.

Cette approche est particulièrement intéressante pour certains PC industriels fortement extensibles, notamment lorsqu’un nombre important de cartes PCIe ou PCI doit être intégré dans un même châssis.

Pour comprendre les différences entre générations, lignes et débits PCI Express, consultez notre guide PCI Express : fonctionnement, générations et différences PCI / PCIe.

Le choix peut être orienté rapidement à partir de la conception de la machine.

Ce tableau constitue un premier niveau de sélection. Le choix final doit ensuite tenir compte des caractéristiques précises de chaque carte.

Il n’existe pas de format universellement meilleur.

Un SBC est souvent la solution la plus directe lorsque ses interfaces correspondent déjà au besoin de la machine.

Un Computer-on-Module devient particulièrement pertinent lorsque le constructeur souhaite développer une carte porteuse et maîtriser précisément la connectique de l’équipement.

Le Mini-ITX apporte davantage de possibilités d’extension tout en restant compact.

Le Micro-ATX et l’ATX répondent aux systèmes nécessitant plusieurs cartes PCIe, davantage de mémoire ou plusieurs disques.

Le PICMG 1.3 est à étudier lorsque la conception du système repose sur un fond de panier et un nombre important de cartes d’extension.

Le bon choix doit donc partir du cahier des charges complet de la machine, et non uniquement du processeur.

> Retrouvez les caractéristiques, filtres techniques et différentes plateformes disponibles dans notre gamme de cartes mères industrielles.

Le choix entre SBC, Computer-on-Module, Mini-ITX, Micro-ATX, ATX et PICMG 1.3 dépend des contraintes réelles de votre équipement.

Indiquez-nous le logiciel utilisé, la puissance de calcul recherchée, l’espace disponible, la mémoire, les interfaces réseau et série, les sorties vidéo, les cartes PCIe ou M.2, l’alimentation ainsi que la température de fonctionnement.

IP Systèmes vous accompagne dans la sélection d’une plateforme adaptée à votre machine et dans le choix de ses composants.