Leistungssprung und Kosteneffizienz durch Prozessorkerne im Turbo-Modus

TwinCAT 3 von Beckhoff unterstützt konsequent die moderne Multicore-Prozessortechnologie. So ermöglicht es die Multithreadfähigkeit, die Anwendung auf mehrere Kerne zu verteilen. Ergänzt durch TwinCAT Core Boost kann nun zusätzlich die Rechenperformance einzelner Echtzeit-Kerne um bis zu 50 % gesteigert werden, um die maximale Leistungsfähigkeit aus dem System herauszuholen und es optimal an die jeweiligen Anforderungen anzupassen.

Mit TwinCAT Core Boost lassen sich die Prozessorkerne individuell und nach Bedarf in ihrer Taktfrequenz konfigurieren, müssen also nicht mehr alle gleich getaktet werden. Dabei ist die Taktung je Echtzeit-Core festlegbar. Zudem besteht die Möglichkeit, einzelne Cores dauerhaft und echtzeitfähig in einem sogenannten Turbo-Modus zu betreiben.

Die zulässige Stromaufnahme und Temperatur jedes Prozessorkerns (und des Gesamtsystems) wird von TwinCAT Core Boost überwacht, sodass auch bei Nutzung des Turbo-Modus ein zuverlässiger Betrieb sichergestellt ist. TwinCAT Core Boost wird sukzessive für alle Beckhoff Industrie-PCs mit Intel^®-Core™-i-Prozessoren ab der 11. Generation eingeführt, zunächst bei den:

• Ultra-Kompakt-Industrie-PCs C6030 und C6032

und anschließend bei den:

• Ultra-Kompakt-Industrie-PCs C6025, C6027, C6030, C6032, C6040 und C6043,
• Single- und Multitouch-Panel-PCs CP62xx und CP72xx bzw. CP22xx und CP32xx,
• lüfterlose Einbau-Industrie-PCs C6515 und C6525,
• Kompakt-Industrie-PCs C6920 und C6930,
• Schaltschrank-Industrie-PCs C6640, C6650 und C6675,
• 19-Zoll-Einschub-Industrie-PCs C5210 und C5240.

Erhöhte Steuerungsperformance und Kosteneffizienz

In kombinierten Benchmarks für das Beckhoff Performance Portal wurde die Singlecore-Performance von einem Intel^® Core™ i7-11850HE mit Basisfrequenz und der gleichen CPU mit TwinCAT Core Boost auf einem Core verglichen: Mit TwinCAT Core Boost konnte die Taktfrequenz von 2,6 GHz auf 4,2 GHz angehoben werden. Der Beckhoff Performance Index der CPU konnte so um über 50 % erhöht werden. Der Benchmark zeigt beispielhaft, wie durch TwinCAT Core Boost Taktfrequenzen gesteigert und so Berechnungszeiten verkürzt werden können. So lassen sich Projekt-Zykluszeiten minimieren sowie Maschinen und Anlagen noch effizienter betreiben. Weiterhin können mit TwinCAT Core Boost kleinere Prozessoren auf das für die Applikation notwendige Leistungslevel gehoben werden, die ansonsten nicht performant genug wären. Der Anwender spart dementsprechend sowohl Kosten für die erforderliche Hardware als auch für prozessorabhängige Softwarelizenzen.

Ganz konkret ermöglicht TwinCAT Core Boost es dem Nutzer, über eine einfache Parametrierung einzelne Kerne individuell hochzutakten. Damit kann er flexibel auf seine anwendungsspezifischen Anforderungen reagieren und Applikationsteile mit besonders hohen Performanceansprüchen – z. B. im Motion-Umfeld, eine Vision-Lösung oder ein Machine-Learning-Modell – auf dem entsprechenden Prozessorkern effizient ausführen. Dabei wird die Core-Taktung dauerhaft erhöht, um die Echtzeitfähigkeit und Deterministik innerhalb von TwinCAT zu garantieren. Möglich wurde dies mit den entsprechenden Features der neuen Intel^®-Prozessoren, durch die man nun aus der Applikation heraus direkt auf die Taktfrequenz zugreifen, diese beeinflussen und auch konstant erhöhen kann. Dies wirkt zudem dem aktuellen technologischen Trend zu immer mehr Prozessorkernen mit einer allerdings eher geringeren Taktfrequenz entgegen.

Die Nutzung dieser Weiterentwicklung in der Prozessortechnologie entspricht genau dem Konzept der PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff, mit dem sich die Vorteile der IT-Welt nahtlos auch in der Automatisierungstechnik nutzen lassen. So eröffnet der IPC als zentrale Steuerung zum einen immer wieder neue Möglichkeiten und einen erhöhten Funktionsumfang – u. a. durch Machine Learning oder die neue Motion-Control-Generation TwinCAT MC3 –, da z. B. ein bislang verwendeter Steuerungscode auf der gleichen Plattform schneller ausführbar ist. Zum anderen lässt sich der IPC insbesondere auch in Bestandsapplikationen kosteneffizient einsetzen, indem beispielsweise der erforderliche Prozessor von einem Intel^® Core™ i7 auf einen Intel^® Core™ i3 reduziert werden kann. Derselbe Code kann also auf einer kleineren Plattform mit der bisherigen Geschwindigkeit ausgeführt werden, was eine gleichbleibende Funktionalität bei geringeren Kosten für Hardware, Betriebssystemlizenz und TwinCAT Performance Level bedeutet.

Integriert im neuen TwinCAT Build

Zur Verfügung steht die Core-Boost-Funktion als direkt im neuen TwinCAT Build 4026 integriertes Feature. Auf der Engineeringseite gibt es die dafür notwendigen Erweiterungen innerhalb der bisherigen Prozessorkern-Konfiguration. Innerhalb der Runtime stehen zudem detaillierte und einfach nutzbare Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung. So können sowohl in der PLC als auch über das HMI alle wichtigen Werte verfolgt und Fragen beantwortet werden: Nutzt nur das Betriebssystem einen Core oder teilt es sich diesen mit TwinCAT? Läuft TwinCAT isoliert auf einem Core? Wie hoch ist die Leistungsaufnahme des Prozessors insgesamt und wie warm sind die einzelnen Cores? Alle diese Informationen werden in TwinCAT erfasst und stehen für ein Monitoring bereit. Dabei reagiert TwinCAT selbstständig auf gewisse Limitvorgaben. So werden z. B. beim Erreichen des maximal zulässigen Prozessor-Stromverbrauchs automatisch zunächst die Nicht-Echtzeit-Kerne in der Taktfrequenz gedrosselt, sodass das Gesamtsystem weiter stabil laufen kann.