congatec conga-HPC/cRX1: COM-HPC-Modul für Physical AI am Edge

Hardware: AMD Ryzen AI Embedded X100 

Das congatec conga-HPC/cRX1 kommt im Formfaktor COM-HPC Client Size C mit den Abmessungen 120 x 160 Millimeter. Im Zentrum des Moduls stehen die AMD Ryzen™ AI Embedded X100 Prozessoren mit 8,12, oder 16 „Zen 5"-Kernen und Taktfrequenzen von bis zu 5,1 Gigahertz. 

Die Prozessorfamilie umfasst sechs Varianten. Der AMD Ryzen AI Embedded X168 startet mit acht Kernen und 32 Compute Units in der integrierten Grafikeinheit. Der AMD Ryzen AI Embedded X188 erweitert die Ausstattung auf zwölf Kerne bei gleicher Grafikeinheit. Der AMD Ryzen AI Embedded X199 rundet die Serie mit 16 Kernen und 40 Compute Units ab. Die drei genannten Varianten decken den kommerziellen Temperaturbereich von 0 bis +60 Grad Celsius ab. Die entsprechenden „i"-Varianten X168i, X188i und X199i besitzen identische Kern- und Grafikkonfigurationen und sind zusätzlich für den industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85 Grad Celsius qualifiziert. Diese Aufteilung erlaubt es Entwicklern, Rechenleistung und Umgebungsbedingungen unabhängig voneinander für ihre Applikation auszuwählen. 

Die X199- und X188-Varianten verfügen über 64 Megabyte L3-Cache, die X168-Variante über 32 Megabyte. Optional integriert das Modul zudem einen onboard PCIe-Switch, der zusätzliche PCIe-Geräte ohne eigene Switch-Komponente auf dem Trägerboard anbindet und damit das Carrierboard-Design vereinfacht. Der Formfaktor nutzt zudem den standardisierten COM-HPC Client Connector, wodurch sich das Modul mechanisch und elektrisch in Trägerboard-Designs der COM-HPC-Size-C-Klasse einfügt. 

Neben den CPU-Kernen integriert der Prozessor eine AMD Radeon™ RDNA 3.5 Grafikeinheit mit bis zu 40 Compute Units sowie eine AMD XDNA™ 2 NPU mit bis zu 50 TOPS KI-Beschleunigung. CPU, GPU und NPU teilen sich eine gemeinsame Speicherarchitektur und arbeiten auf einem einzigen Siliziumbaustein zusammen. Für Entwickler reduziert diese Integration die Anzahl der Bauteile auf dem Trägerboard und vereinfacht das thermische Design gegenüber einer Kombination aus separater CPU und diskreter KI-Beschleunigerkarte. 

Die Leistungsaufnahme des Prozessors skaliert in einem TDP-Bereich von 45 bis 120 Watt. Systemintegratoren stellen damit die Balance zwischen Rechenleistung und Energiebudget passend zur jeweiligen Applikation ein – von energieoptimierten Embedded-Systemen bis hin zu leistungsstarken Plattformen für anspruchsvolle Physical-AI-Workloads. 

Technische Merkmale und Ausstattung 

Die AMD Radeon RDNA 3.5 Grafikeinheit liefert im conga-HPC/cRX1 bis zu 59 TOPS INT8-Inferenzleistung und 29,7 TFLOPS FP32-Rechenleistung. Diese Rechenleistung übernimmt hochparallele Aufgaben wie Objekterkennung und Bildsegmentierung und unterstützt zudem die lokale Inferenz kompakter Large Language Models (LLMs) direkt auf dem Modul. Die XDNA 2 NPU ergänzt das System mit bis zu 50 TOPS für Always-on-KI-Workloads wie kontinuierliche Objekt- und Spracherkennung bei niedriger Leistungsaufnahme. 

Für speicherintensive Anwendungen stehen bis zu 128 Gigabyte LPDDR5X-8533-Speicher in einer Unified-Memory-Architektur zur Verfügung. Alle drei Recheneinheiten greifen auf denselben Speicherbereich zu, was den Datenaustausch zwischen CPU, GPU und NPU beschleunigt und die Systemarchitektur vereinfacht. Der Speicher ist fest auf dem Modul verlötet und erhöht dadurch die Widerstandsfähigkeit gegen Schock und Vibration; der zulässige Betriebsluftfeuchtebereich liegt zusätzlich bei 10 bis 85 Prozent relativer Luftfeuchte ohne Kondensation, was den Einsatz in Umgebungen mit schwankender Feuchtigkeit unterstützt. Ergänzend steht optional eine NVMe-SSD mit bis zu 512 GB Speicherkapazität für die lokale Datenablage zur Verfügung. 

Für die Anbindung von Erweiterungen bietet das Modul bis zu 24 PCIe-Gen4-Lanes, zwei 2,5-Gigabit-Ethernet-Schnittstellen, bis zu vier USB-3.2-Gen2- sowie acht USB-2.0-Anschlüsse und bis zu zwei SATA-6-Gbit/s-Schnittstellen. Zwölf GPIO-Pins, zwei I²C-Busse, zwei UART-Schnittstellen sowie ein SMBus und ein SPI-Interface ergänzen die Anbindungsmöglichkeiten für Sensorik, Feldbus-Adapter und Funkmodule. Die integrierte Grafikeinheit unterstützt bis zu vier unabhängige Displays. 

Beim Thema Sicherheit setzt congatec auf ein Trusted Platform Module (TPM 2.0). Die Entwicklung des Moduls nach IEC 62443-4-1 unterstützt Integratoren bei der Umsetzung eigener Cybersecurity-Konzepte und der Vorbereitung auf den Cyber Resilience Act der EU, der ab Dezember 2027 gilt. 

Der congatec Board Controller übernimmt auf dem Modul zusätzliche Überwachungs- und Diagnosefunktionen: Ein mehrstufiger Watchdog erkennt Systemausfälle, ein nichtflüchtiger Speicherbereich hält Fertigungs- und Board-Informationen sowie Betriebsstatistiken vor, und eine POST-Code-Weiterleitung unterstützt die Fehlersuche während des Boot-Vorgangs. Diese Funktionen erleichtern Wartung und Ferndiagnose von Anlagen im Feldeinsatz, ohne dass ein Zugriff vor Ort durch Techniker notwendig ist. 

Rund um das conga-HPC/cRX1 stellt congatec ein Ecosystem an Trägerboards und Kühllösungen bereit. Das conga-HPC/EVAL-Client-Board dient der ersten Evaluierung des Moduls, während das conga-HPC/uATX-Client-Board für COM-HPC-Module der Größen A, B und C in Applikationsdesigns zum Einsatz kommt. Für die Wärmeableitung stehen aktive Kühllösungen mit integrierten Heatpipes sowie passive Heatspreader in unterschiedlichen Befestigungsvarianten zur Auswahl. 

Physical AI am Edge: Einsatzbereiche 

Physical AI verlagert Rechenleistung von der Cloud an den Ort des Geschehens. Typische Edge-Computing-Einsatzgebiete für das conga-HPC/cRX1 reichen von der Robotik über autonome Nutzfahrzeuge bis zur Medizintechnik und industriellen Automatisierung. 

In der Robotik übernehmen CPU, GPU und NPU des conga-HPC/cRX1 gemeinsam die Wahrnehmung der Umgebung, die Bahnplanung und die Ansteuerung von Aktoren. Kollaborative Roboter erkennen Objekte und Personen in ihrem Arbeitsbereich in Echtzeit und passen ihre Bewegungen entsprechend an, ohne auf eine externe Recheneinheit angewiesen zu sein. Die Kombination aus paralleler GPU-Rechenleistung und energieeffizienter NPU hält den Energieverbrauch mobiler Roboterplattformen in einem für Akkubetrieb geeigneten Rahmen – trotz steigender KI-Anforderungen. 

Autonome Nutzfahrzeuge in Smart Farming, Logistik und Forstwirtschaft profitieren von der Kombination aus Rechenleistung und großer I/O-Bandbreite. Sensordaten von Kameras, Lidar und Radar laufen direkt auf dem Modul zusammen; Sensorfusion und Entscheidungsfindung erfolgen lokal und in Echtzeit. Für Fahrzeuge, die sich in dynamischen Außenumgebungen ohne durchgängige Netzwerkanbindung bewegen, reduziert diese lokale Verarbeitung die Abhängigkeit von externer Infrastruktur. In der Forstwirtschaft beispielsweise verarbeiten Erntemaschinen Kamera- und Lidardaten direkt vor Ort, um Baumbestände zu vermessen und Fahrwege in unwegsamem Gelände zu planen. 

In der Medizintechnik unterstützt das conga-HPC/cRX1 die Bildverarbeitung direkt am Gerät, etwa bei bildgebenden Diagnosesystemen oder in der Patientenüberwachung. Die lokale Verarbeitung sensibler Patientendaten reduziert die Abhängigkeit von einer permanenten Cloud-Anbindung und unterstützt Entwickler bei der Einhaltung von Datenschutz- und Zulassungsanforderungen. Der industrielle Temperaturbereich der conga-HPC/cRX1-Varianten unterstützt zudem mobile und portable Medizingeräte, die außerhalb klimatisierter Klinikumgebungen zum Einsatz kommen. 

Die industrielle Automatisierungstechnik setzt auf den langfristig verfügbaren, modularen Aufbau des COM-HPC-Standards. Maschinenbauer integrieren das Modul in Steuerungen, die Bildverarbeitung, Qualitätskontrolle und vorausschauende Wartung direkt in der Anlage übernehmen. Der industrielle Temperaturbereich und die robuste mechanische Ausführung des Moduls unterstützen diesen Dauereinsatz. Langfristige Ersatzteilverfügbarkeit und die Möglichkeit, einzelne Prozessorvarianten innerhalb des COM-HPC-Formfaktors auszutauschen, erleichtern zudem die Wartungsplanung über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage.