Folge 130: Wann Rechenleistung zu Wärme wird

00:00:13: Herzlich willkommen in wohl innovativsten Schuppen zu unserem Podcast Embedded Vision aus der Gartenhütte.

00:00:18: Heute wollen wir uns mal den ganz profanen Thema annehmen, wann Rechenleistung zu Wärme wird.

00:00:24: aber da möchte ich natürlich zuerst meinen Co-host begrüßen.

00:00:27: Hallo Manuel!

00:00:27: Hallo Stefan schön auch die Woche dabei zu sein und bei Wärmeter denkst du natürlich gleich an deinen Co-Host oder wenn man die heite Luft rauskommt.

00:00:37: Also wir wollen uns quasi Wärmerentwicklung bei Embedder System ein bisschen Genau.

00:00:43: Wir haben es ja schon hier und da angeteasert vor drei Folgen, glaube ich war's oder hat man über Video SoCs gesprochen?

00:00:49: Und über die Thematik warum er dann nicht einfach eine dicke Grafik hatte in ein kleines Videosteuegerät Einbauen kann und haben einfach so Lappetag gesagt näher weil das zu viel Leistung braucht.

00:01:00: aber das wollte wir heute nochmal tiefer legen weil Es kommt halt auch immer drauf an was für ein System man baut.

00:01:08: also wenn mal jetzt einfach so ein paar Beispiele will ich eine kleine intelligente Kamera haben.

00:01:14: Also vielleicht so einen kleinen Würfel, keine Ahnung, viermal vier mal vier oder fünf mal fünf Mal fünf Zentimeter.

00:01:21: da kann man sich jetzt vorstellen das ist sehr klein.

00:01:23: und was man dann aber ein Problem hat wenn wir jetzt nicht davon spricht irgendwo ne aktive Kühlung.

00:01:29: So wie man es von daheim kennt nur der Bauch im Lüfter ein.

00:01:32: Das geht halt in vielen Fällen Bei uns einfach nicht, weil wir in ziemlich robusten Raunumgebungen unser Zeug entwickeln und bewegliche Teile oder solche Sachen sind immer schwierig.

00:01:44: Ich blase da irgendwie Luft rein das ist nicht staubdicht.

00:01:47: ... bei der Kamera zu bleiben.

00:01:49: Eigentlich muss ich ein IP-Siebundsechzig oder... ...IP-Näunundsechszig taugliches Kameradesign haben, also... ...design was komplett thematisch abgeschlossen ist,... ...was eine halbe Stunde im Wasser auch überleben kann.

00:02:02: Also wirklich absolut dicht auf der einen Seite.

00:02:05: und dann habe ich aber so'n kleinen Würfel.

00:02:07: Und Rechenleistung, Tops Flops, was auch immer, korrespondiert eigentlich immer... damit, dass ich Leistung verbrauche.

00:02:15: Also da entstehen einfach Watts an Wärmeleistungen und in so einer kleinen Kamera so typischerweise die sollte eigentlich nicht viel mehr wie drei watt Leistungsverbrauch haben.

00:02:27: mal dieses Beispiel wenn ich eine kleinere ECU denke dann habe ich da vielleicht zehn oder fünfzehn watt wo ich nicht groß überschreiten kann.

00:02:36: warum?

00:02:37: weil ansonsten mein Gerät zu heiß wird wenn ich das einfach nur Passiv über den Kühlkörper irgendwo kühlen kann mit der Umgebungstemperatur die ich da hab und auf einmal stelle ich fest, dass drei Wart das zehn oder fünfzehn Wart eigentlich gar nicht viel sind.

00:02:55: Richtig genau!

00:02:56: Und

00:02:56: das mir enorme Constraints dann quasi vorsetzt was sich auch für Komponenten liefern kann.

00:03:01: aber deswegen ist es ein ganz elementares Thema weil's immer darauf ankommt wenn ich in irgendeine Industrieanlage einen Standard PC stellen kann Mir ist quasi so der Leistungsverbrauch egal, warum auch immer.

00:03:14: Dann braucht er hundert Watt und viel mehr.

00:03:17: aber wenn ich eben so kleine Boxen brauche dann kann ich nicht einfach sagen naja ich pack da mal so viele Rechenleistungen rein wie ich brauch.

00:03:24: ne weil für die Zukunft wollen wir irgendwie future proof sein.

00:03:29: nee parallel zu meiner ganzen System Software Architektur muss sich quasi auch ein Thermalkonzept machen.

00:03:36: also welche Bauteile in meinem System Haben diese Rechenleistung?

00:03:41: die erzeugen dann einfach pure Wärme.

00:03:43: und wie kriege ich das aus meinem System raus?

00:03:45: Genau.

00:03:46: Und da ist ja genau dieser Punkt mit der Oberfläche, wir ähnen uns alle noch an den... Physikunterricht damals.

00:03:53: Je kleiner die Oberfläche ist, desto weniger Kühlfläche habe ich wo quasi mein Luftzug irgendwas kühlen kann.

00:04:00: und dann komme ich auf einmal in meine ganzen Lamellendiemer in verschiedenen mechanischen Designs sieht an Kameras dann wo dann quasi geschaut wird um die Ober fläche zu vergrößern damit geringer Luftzug schon weicht, das ganze wegzukühlen.

00:04:17: Und da ist natürlich immer so ein bisschen der Punkt A man sollte darauf schauen dass man nicht zu viel Leistung verbräht.

00:04:25: wie macht mir das?

00:04:26: Ganz einfach mal schaut sich die Bauteile an und schaut auch mal.

00:04:31: was für eine Erwartungshaltung habe ich dann an meinem System.

00:04:33: also ergo ich hab fünf Hauptkomponenten, sag ich mal.

00:04:38: Und diese Hauptkomponenten laut Datenblatt liegen zwischen Mini und Max... ...und dann addiere ich das ein bisschen, sagt er noch mal und X-Prozent ist noch ein bisschen so dieses kleinen Futter, dass da drauf sind, der noch Widerstand und alles auf der Platine.

00:04:54: Dann habe ich eine Zahl die ich erwarten sollte minimal und maximal und dann muss sich das Ganze einmal testen.

00:05:01: Und danach muss ich auch mein prüfkonzept ausrichten.

00:05:04: und der punkt ist tatsächlich wenn man das nicht tut also diese erwartungshaltung nicht formuliert.

00:05:10: Wenn man nicht das ganze überprüft dann kann ich irgendwie ein fehler im Design irgendwo haben.

00:05:17: Irgendwas, was Konstant einen Kurzschluss macht oder minimal irgendwelche Kriegströme.

00:05:22: dann hat.

00:05:23: und auf einmal ist die Wärmeentwicklung, die Leistungsaufnahme eine ganze andere und auf allem hätte mein Wärmekonzept ganz anders sein müssen.

00:05:31: Genau weil es manchmal auch nicht nur um die SOC geht sondern man hat ja

00:05:34: dann in den

00:05:35: SOCs rum auch ne Stromversorgung, die man braucht, die natürlich auch keinen hundert Prozent Wirkungsgrad hat wenn ich für meine SOC irgendwelchen Spannungen generieren muss.

00:05:45: und auf der anderen Seite habe ich vielleicht einen Weitbereichseingang, den ich von meiner Maschine unterstützen muss.

00:05:52: Der sehr hoch ist keine Ahnung von unter zehn bis über vierzig Volt aber ich brauche dann eben auch am Eingang die entsprechende Verschaltung um dann intern stabile Spannungsverhältnisse quasi zu generieren nach extern aber ein riesen Bandbreite quasi zuzulassen.

00:06:12: Und dann kann es einfach auch manchmal sein, dass sich Bausteine oder Konzept einsetzen muss in Anführungszeichen wo ich vielleicht nur... ...achtzigprozentigen Wirkungsgrad hab.

00:06:22: und das ist so der Punkt den du ein bisschen an dieseln wolltest.

00:06:24: Das geht dann oftmals gar nicht um den Video SoC, um die Speicher sondern auch um alles was ich so drum herum brauche wo ich einfach aufpassen muss.

00:06:33: da kann's quasi auch sogenannte Hotspots geben wo man dann irgendwie feststellt Boah da, klar.

00:06:38: Da hat man jetzt irgendwas eindesignt.

00:06:40: Klar, ne?

00:06:40: Da haben wir zehn Prozent Verlust am Wirkungsgrad.

00:06:43: und dann stellt man aber fest Ja Hoppela das ist nur so ein Mini-IC der wird super heiß Der war thermisch noch nicht angebunden, da war er nicht im Kühlkonzept berücksichtigt.

00:06:53: Manchmal kann man es einfach lösen oder immer einfach sagt okay Dann muss man nochmal ins Gehäuse irgendwie anbinden.

00:06:58: Aber eben diese ganze Thematik ist sehr komplex.

00:07:01: Welche Bauteile welche Elemente... Manchmal ist sie schon so Da packe ich auf die Vorderseite, auf der Rückseite.

00:07:07: Wo kriege ich es schneller an irgendein Gehäuse abgeleitet?

00:07:11: Die Wärme muss sich aber auch berücksichtigen.

00:07:15: Muss sich irgendwelche Gel-Pads damit reintun.

00:07:18: also gibt's dann auch so einen thermischen Widerstand den man da berechnen muss gegen welche maximalen Umgebungstemperaturen?

00:07:25: oder will ich die Wärme abführen, was supportet eigentlich mein Chip.

00:07:30: Und am Ende von Tag kann es dann sogar so sein dass man sagt ja und das ganze Teil soll auch unter Extremsituationen bei siebzig-achtzig Grad Außentemperatur oder zumindest umgebungstemperatur irgendwie funktionieren.

00:07:42: Dass man dann sagt, okay ja, man kann da noch was machen.

00:07:45: Man muss aber dann irgendwo die Features einschränken, die in so einer Umgebung laufen und in so eine Umgebungen kann man nur einen Minimalbetrieb garantieren.

00:07:54: Das spricht man ab mit einem Systemintegrator.

00:07:58: Das passt oftmals.

00:07:59: Aber auch solche Sachen gibt es.

00:08:01: Es ist ein ganz vielfältiges und großes Thema.

00:08:06: bis hin dazu.

00:08:07: Wir haben auch schon hier und da mal erzählt, dass wir ja auch für die Firma Ari viel gemacht haben.

00:08:13: Für den Kino, für den Broadcast-Bereich... Da ist es zum Beispiel auch schädlich!

00:08:16: Ich habe jetzt von dieser intelligenten Kamera gesprochen.

00:08:20: wenn sich die Kameras so stark erhitzt weil eine heiße Kamera erzeugt auch eine hohe Wärme am Bildsensor ein höheres Rauschen vom Bild.

00:08:32: Und da kann's dann manchmal erforderlich sein für unterschiedliche Temperaturen der Kamera tatsächlich dann auch einzeln kalibrieren muss.

00:08:41: oder der andere Einsatzfall, den wir dann auch oft gesehen haben in so wirklich High-End-Kamerasystemen ist dann sogar dass man im Bildsensor über Peltier-Elemente und ähnliche Sachen wirklich auf einer konstanten Temperatur hält um eben dem Bildsensor in einem optimalen Bedingung zu halten.

00:09:00: Klar, irgendwo geht dann die Wärme hin über eine Heatpipe oder was auch immer.

00:09:05: aber um da für manche Applikationen wenn quasi Bildqualität A und O ist... ...ist dann auch das so Bestandteil von dem Thermalkonzept weil eben auch der Bildsensor macht Themen viel analog natürlich mittlerweile aber auch viel digital und erzeugt einfach Abwärme.

00:09:24: eine Riesenschwankung am Bildsensor kann zum Beispiel auch schädlich für die Bildqualität sein.

00:09:30: Also es ist ein sehr komplexes Thema.

00:09:32: in dem Embedded Vision Bereich, je nachdem ob man eben so eine kleine Kamera bauen will wie du sagst dann muss man so die Budgets auch ein wenig auftalen, muss das in seinem Konzept und seine Prüfungen dann am Ende vom Tag auch mit reinnehmen.

00:09:45: aber selbst beim Steuergerät ist ganz entscheidend dass ich da nicht einfach nur die dicksten und größten SOCs nehmen kann.

00:09:54: Weil ist einfach also wenn ich gewisse Grenzen überschreit manchmal auch nicht fünftig war passiv gekübt bekommen an je nachdem wie so ein steuergerät irgendwo anbau.

00:10:04: und das ist halt eine ganz andere thematik wie man es vielleicht auch von seinem heim pc kennt wo dann einfach die lüfter lauter blasen.

00:10:11: Das klappt halt bei vielen unseren Applikationen einfach nicht.

00:10:14: Genau, und was du ja gesagt hast einmal das Thermal Throttling also quasi dass man die Leistung zurück fährt wenn es irgendwie sehr heiß wird... ...und das andere ist was du auch gemeint hast wenn man merkt irgendwie an einem Baustein ist es besonders heiß und der ist vielleicht nicht im Kühlkonzept enthalten... ...was ja da auch manchmal hilft je nachdem was für ein Bausteinn es ist.

00:10:32: Vielleicht kann man den ja mit einer anderen Konfiguration fahren.

00:10:35: Also wenn es ein Clock Baustein ist, brauche ich denn alle Clocks auf volle Polier aufgedreht oder kann ich den neu konfigurieren?

00:10:42: Dass der einfach ein paar Clocks langsamer laufen lässt und sowas.

00:10:46: Das sind dann immer so diese Stellschrauben die ich im System hab wo ich dann einfach schauen muss und wie du schon gesagt hast is'n super komplexes Thema.

00:10:53: das müssen wir sich für jedes System jede ECU jeden Fall einfach konkret mal anschauen und am Ende vom Tag durch

00:11:00: spielen.

00:11:01: Und es reicht auch oftmals nicht aus, wenn's einfach im Labor funktioniert.

00:11:05: Weil man da meistens sehr angenehme Temperaturen hat.

00:11:08: Man muss dann solche Systeme teilweise auch mal im Klimaschrank laufen lassen um sein Thermalkonzept wirklich zu überprüfen ob das dann wirklich so funktioniert oder wie du sagst so ein normal straddling Ob des dann wirklich auch anschlägt?

00:11:22: Ob dann wenn eine gewisse Temperatur überschritten wird auch solche Maßnahmen greifen dass man die Grundfunktionalität noch aufrechterhält, aber an anderen Stellen dann die Leistung oder die Feature zurückdreht bis halt zu solchen High-End Applikationen wo es einfach entscheidend ist dass der Kamerasensor irgendwo auf einer stabilen auf einer Temperatur läuft.

00:11:45: und das spreche ich gar nicht irgendwie von diesen High End Kameras wo dann der Sensor vielleicht bei weit unter zehn Grad betrieben wird, sondern einfach auch von Kinokameras also gar nicht unbedingt immer in den wissenschaftlichen Bereich rein.

00:11:59: Aber da gibt es schon sehr unterschiedliche Sachen.

00:12:02: Es gibt wirklich auch Applikationen.

00:12:03: Da kommt man fast um jedes Foto an was man irgendwo detektiert und da kann man sich vorstellen dass das auch ein wichtiger Baustein ist.

00:12:13: Ein wichtiges Thema aber eben auch bei uns im Bereich Automotive, mobile Maschinen, Robotik oder weil letztendlich Wir treten halt immer an, dass wir langlebige Systeme bauen.

00:12:27: Systeme die vierundzwanzig sieben funktionieren.

00:12:30: Die bei keine Ahnung plus Fuchzig Grad genauso wie beim minus zehn Grad funktionieren und das sind aber oftmals ja schon Herausforderungen, die ich halt auf unterschiedlichen Ebenen berücksichtigen muss und wo dann auch manchmal die Komplexität im Mechanik Design liegt.

00:12:48: Genau, das war jetzt schön noch mal zusammengefasst.

00:12:50: Alles!

00:12:51: Wenn ich ihn nämlich auf die Uhr schaue dann sehe ich wir sind am Ende unserer heutigen Folge wieder angekommen wie jedes Mal der Hinweis an unsere Zuhörerinnen und Zuhöhrer, die E-Mail Podcast at selectrix.de gibt's auch diese Woche und wir freuen uns natürlich sehr über Zuschriften.

00:13:05: Und ansonsten wünscht man wieder eine schöne Zeit, ne schöne Woche bis zum nächsten Mal.

00:13:08: Tschüss und

00:13:08: ciao.