Máy tính Single Board Computer (SBC) với khe cắm mở rộng mini-PCIe là sự kết hợp mạnh mẽ cung cấp sức mạnh và tốc độ tính toán mạnh mẽ trong một hệ số hình thức nhỏ. Với sự phát triển của 5G, các mô-đun SBC rất phù hợp cho các ứng dụng IoT là các sản phẩm cụ thể về chức năng. Hơn nữa, việc mở rộng mini-PCIe cung cấp các nâng cấp và chức năng theo cấp số nhân cho các hệ thống nhúng SBC để chạy các tác vụ phức tạp và khó khăn hơn. 

Single Board Computer cới khe căm PCIe là gì?

Single Board Computer hoặc SBC là máy tính có CPU, RAM, cổng I/O, chipset, đầu vào nguồn...của máy tính đều được hàn vào một bo mạch chủ duy nhất. Hệ thống máy tính với các khe cắm mở rộng PCIe mini để nâng cấp hiệu suất. Đối với các ứng dụng hệ thống nhúng và IoT ở biên, các SBC có khe cắm mPCIe là rất phù hợp do các tính năng nhỏ gọn, mạnh mẽ và linh hoạt của chúng.

Form Factor của SBC
Do tất cả các bộ phận và thành phần đều được đúc trên một bảng mạch nhựa (PCB) duy nhất, các SBC nhỏ hơn đáng kể so với hầu hết các yếu tố hình thức bo mạch chủ tiêu chuẩn như các form factor tiêu chuẩn ATX. Tuy nhiên, mặc dù có kích thước nhỏ hơn, nhưng SBC rất mạnh mẽ và có khả năng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp. Việc hiểu rõ các loại và kích thước SBC khác nhau sẽ có lợi cho việc triển khai các tích hợp tốt nhất dựa trên các ứng dụng khác nhau.

Ưu điểm của SBC với MPCIe

Việc triển khai các thiết bị ở biên không chỉ yêu cầu một giải pháp form factor  nhỏ gọn cho các vấn đề hạn chế không gian, mà nó còn đòi hỏi một loạt các yếu tố sẽ quyết định sự thành công của ứng dụng. Đặc biệt đối với các ứng dụng quan trọng, SBC cần duy trì độ tin cậy, độ bền và tuổi thọ trong quá trình triển khai. Đây là nơi bạn cần các SBC cấp công nghiệp có khe cắm PCIe mini cho các ứng dụng khác nhau, bao gồm xe tự hành, y tế, sản xuất thông minh, phân tích suy luận máy móc...

Mini-PCIe là gì?

Mini PCI express hay nói ngắn gọn là mPCIe là một giao diện card ngoại vi PCIe thu nhỏ được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng hạn chế về không gian. Nó là một dạng card khác với PCIe nhưng chạy cùng một giao diện kết nối PCIe blazing-fast trên một làn PCIe duy nhất. Mini PCIe có kích thước nhỏ gọn, có khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt như va đập và rung động.

Mini PCIe cung cấp một số tính năng độc đáo khi so sánh với bus PCI Express ban đầu. Ví dụ, mPCIe được cấu hình với cả khả năng PCI express tiêu chuẩn và tín hiệu USB 2.0 để có sự linh hoạt trong thiết kế ngoại vi của hệ thống. Điều này làm cho nó trở nên lý tưởng cho các triển khai từ xa yêu cầu tính năng linh hoạt.

Mini-PCIe Form Factor

Card PCIe mini được chia thành hai kích thước khác nhau, Full-size và Half-size. Card PCI Express mini có kích thước 30 x 50,95mm đối với card Full-size và 30x26,8mm đối với card Half-size. Hệ số hình thức PCIe quá lớn đối với các hệ thống nhúng nhỏ hơn, và vì vậy tiêu chuẩn này đã phát triển thành một hệ số hình thức PCI Express mini thu nhỏ. Ban đầu, thẻ mPCIe được gắn trực tiếp vào bo mạch chủ để thiết kế máy tính xách tay mỏng hơn. Sau đó, các ứng dụng Mini PCIe phát triển theo cấp số nhân trong các hệ thống nhúng, bộ định tuyến và gateway công nghiệp, nơi chúng có thể cung cấp các nâng cấp chức năng khác nhau.

Lợi ích của Mini-PCIe

Việc triển khai các khe cắm mở rộng mPCIe vào các máy tính single board computer có thể cung cấp độ tin cậy của kết nối, vì chúng đang chạy giao thức giao diện PCI Express đã được thử nghiệm và được ưa chuộng rộng rãi trong các lĩnh vực thương mại và công nghiệp. Các đầu nối PCIe cũng cung cấp nhiều hỗ trợ khác nhau trong các ứng dụng công nghiệp bao gồm SSD, bộ điều khiển RAID, thẻ WiFi / Bluetooth, thẻ ghi video / âm thanh, thẻ di động 4G / LTE... Chúng không chỉ bao gồm các ứng dụng công nghiệp mà còn cả các ứng dụng băng thông di động. Một số thẻ mPCIe một mặt có thể được gắn trên bộ tản nhiệt để ổn định và tản nhiệt.

Sự khác biệt giữa mPCIe và mSATA

Sự khác biệt chính giữa mini PCIe và mSATA là giao diện kết nối. PCI Express là một giao thức mở rộng dành cho máy tính để bàn và máy chủ. Chúng gửi và nhận tín hiệu dữ liệu thông qua các kết nối liên kết nối tiếp trong một làn sử dụng giao thức PCIe. Mặt khác, SATA ban đầu được sử dụng cho các ổ lưu trữ cơ học hỗ trợ hàng đợi lệnh gốc thông qua giao thức AHCI (giao diện bộ điều khiển máy chủ nâng cao) để đọc và ghi dữ liệu.

Nhìn thoáng qua, có thể khó phân biệt thẻ mPCIe và mSATA vì chúng trông rất giống nhau. Các đặc điểm vật lý mPCIe và mSATA giống nhau đối với cả hệ số hình thức và trình kết nối, điều này làm cho nó khó phân biệt. Về kích thước, cả thẻ mPCIe và mSATA đều cung cấp 30x50,95mm cho full-size và 30x26,8mm cho thẻ hệ số dạng half-size. Do đó, bạn có thể cắm thẻ mSATA vào khe cắm mPCIe và ngược lại. Tuy nhiên, nó sẽ không hoạt động bình thường do các giao thức kết nối khác nhau giữa giao diện SATA và PCIe. Tuy nhiên, một số thẻ mSATA có thể tương thích với các khe cắm thẻ mPCIe bằng cách sử dụng bộ điều khiển máy chủ SATA. Nói chung, có một nhãn ghi rõ mSATA hoặc mPCIe / mSATA được chia sẻ để cho biết khả năng tương thích cho cả giao diện PCIe và SATA. Đối với việc sử dụng SSD, mSATA là sự lựa chọn rõ ràng hơn mPCIe mặc dù mPCIe có rất nhiều ứng dụng.

Sự chuyển đổi từ Mini-PCIe sang M.2

M.2 là hệ số hình thức thế hệ tiếp theo thay thế mSATA và mPCIe cho các khe cắm mở rộng nội bộ. Đặc biệt đối với lưu trữ SSD, M.2 hỗ trợ NVMe là giao diện thiết bị logic nhanh hơn giao diện SATA. Ưu điểm chính của M.2 NVMe là nó thay thế các nút nghẽn từ các giao diện SATA, nơi tốc độ truyền SATA chỉ có thể đạt tới 600MB/s so với 4GB/s của các giao diện NVMe. Các làn PCIe M.2 có thể đạt tới bốn làn với PCIe 3.0 tương đương 4x1GB/s. Điều này giúp loại bỏ tắc nghẽn truyền dữ liệu của SSD. Ngoài ra, kích thước hệ số hình thức nhỏ nhất M.2 đo được là 22x30mm, nhỏ hơn 18% so với thẻ kích thước nhỏ nhất mPCIe.