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Beckhoff Many-Core Control: Funktionsmodule auf bis zu 256 Prozessorkerne verteilen

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Autor: Jonas Völker

Beckhoff Many-Core Control: Funktionsmodule auf bis zu 256 Prozessorkerne verteilen

Verl | Many-Core-Steuerungen werden zukünftig eine zentrale Rolle im Maschinenbau sowie in Industrie-4.0-Projekten spielen. Hochleistungssteuerungen wie der Industrie-Server C6670 erfüllen die mit Industrie 4.0 steigenden Anforderungen an eine Smart Factory. Für die effektive Ausnutzung der immensen Rechenleistung liefert TwinCAT 3.1 die Softwareunterstützung.

Der Industrie-Server C6670 mit der Automatisierungssoftware TwinCAT 3.1 bietet höchste Rechenleistung für Industrie 4.0. Bild: Beckhoff Der Industrie-Server C6670 mit der Automatisierungssoftware TwinCAT 3.1 bietet höchste Rechenleistung für Industrie 4.0. Bild: Beckhoff

Many-Core-Rechner unterscheiden sich von gewöhnlichen Industrie-PCs durch ihre Architektur. Sie sind mit mehreren Prozessoren (Packages) ausgestattet, von denen jeder wiederum über mehrere Prozessorkerne verfügt. Unterschiede gibt es außerdem hinsichtlich des Speichers: Die NUMA (Non-Uniform Memory Access) genannte Technik bietet für jeden Prozessor einen individuellen separaten Speicher. Beckhoff hat dies mit dem Industrie-Server C6670 umgesetzt: mit zwei Intel-Xeon-Packages – mit je 6, 12 oder 18 Kernen – und einem von 64 bis 2048 GByte reichenden Arbeitsspeicher.
Effektiv nutzbar wird die Rechenleistung des C6670 erst durch die Ausschöpfung jedes einzelnen Prozessorkernes mit der Software TwinCAT 3.1. Mit ihr lassen sich die für eine Parallelisierung hervorragend geeigneten Maschinen- und Prozessabläufe optimal abbilden und als Funktionsmodule auf verschiedene Tasks verteilen. Diese Maschinen-Module mit SPS- oder auch C++-Code werden einzelnen Tasks des TwinCAT-Systems zugewiesen, die diese zyklisch mit einer vom Anwender definierten Abtastrate – der Zykluszeit – ausführen. Die Tasks werden anschließend einfach auf die vorhandenen Echtzeitkerne verteilt. Den einzelnen Task lassen sich Prioritäten zuordnen, um die Ablaufreihenfolge zu definieren.
Entscheidend für die Ausnutzung des gesamten Leistungspotenzials ist zudem die Diagnosefunktionalität von TwinCAT 3.1. Mit ihr kann die Last auf den einzelnen Kernen analysiert werden. Kerne können auch exklusiv für die TwinCAT-Runtime genutzt werden – diese werden dann isolierte Kerne genannt. Dann wird dort kein Microsoft-Betriebssystem parallel zum TwinCAT-Echtzeitsystem ausgeführt. Windows-Prozesse sind auf diese Weise ohne großen Aufwand von den Echtzeitprozessen trennbar. TwinCAT 3.1 ist für maximal 256 Prozessorkerne ausgelegt und damit für die Zukunft gerüstet. Es steht das komplette Spektrum aktueller Prozessoren für Automatisierungsanwendungen zur Verfügung. Je nach Bedarf an Rechenleistung wird die erforderliche Anzahl an Kernen gezielt für die Ausführung von Echtzeitanwendungen konfiguriert.

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