Aprovechando los ordenadores de placa única: Guía rápida para capturar el mercado social

Sobre ordenadores de placa única, si nunca has visto una ola en tu vida de ingeniería, tómate un tiempo para observar cómo los ordenadores de placa única (SBC) están conquistando nuestros mercados sociales. Se han vuelto muy populares hoy en día. Si no interactúas con ellos en el último automóvil que compras, los encontrarás integrados en una lavadora, un sistema de seguridad, o incluso en un hospital. No podemos evitarlos; tendremos que abrazarlos.

Como fabricantes de PCB, ya no podemos permitirnos alejarnos de los ordenadores de placa única; es hora de abrazarlos. Esta edición tiene como objetivo explorar este campo interesantemente creciente de los SBC y cómo podrían ayudar a tus proyectos o vida diaria. Porque como WellPCB, hemos alcanzado la madurez en el ensamblaje de PCB, estamos dispuestos a extender una rama de olivo ofreciéndote tanto asesoramiento como una fuente fiable para hacer una cotización. Quédate; no tomará mucho tiempo; lo prometo.

Un ordenador de placa única de un vistazo

1.1: ¿Qué es un ordenador de placa única (SBC)?

Un ordenador de placa única es un ordenador totalmente funcional (lo que significa que tiene entrada y salida, memoria y procesador) construido en un solo PCB (placa de circuito impreso). A diferencia de los ordenadores de escritorio y los PC ordinarios, los SBC se basan en arquitecturas simples que no dejan espacio para funciones periféricas expandidas usando ranuras de expansión. La arquitectura del procesador ARM (Advanced RISC Machine) con velocidades de procesamiento más bajas y consumo de energía significativamente bajo alimenta la mayoría de los SBC. De nuevo, algunos SBC modernos se ajustan a la arquitectura de procesador x86-Intel, como exploraremos en los próximos capítulos.

1.2: ¿Cuáles son sus usos?

Como se describió antes, los SBC pueden utilizarse para realizar cualquier tarea que un ordenador ordinario pueda ejecutar. En su inicio (alrededor de mayo de 1976), los SBC se desarrollaron inicialmente para ayudar al aprendizaje. Pero con mejoras en la tecnología, evolucionaron para ejecutar diversas aplicaciones como ordenadores ordinarios. Sistemas inteligentes como los que ejecutan coches inteligentes, sistemas de seguridad innovadores y dispositivos automatizados, entre varias otras aplicaciones, dependen de los SBC. Además, siguen siendo valiosos para el aprendizaje, prototipado y experimentación entre estudiantes y aficionados.

1.3: ¿Por qué son preferibles sobre los ordenadores ordinarios?

Es crítico notar que los SBC, en general, tienen capacidades bastante inferiores a sus contrapartes PC. Sin embargo, han ido aumentando su demanda de mercado y su capacidad de procesamiento a lo largo de los años. Debido a sus variados usos, se puede predecir que los SBC podrían superar la popularidad de los PCs en el futuro. Ahora, varias razones hacen que los ordenadores de placa única sean más preferibles que los PCs tradicionales. Algunas de las razones notables incluyen:

Son portátiles. Encabeza la lista de su peculiaridad sobre los PCs su tamaño diminuto. Raspberry Pi, uno de los SBC más populares del mundo, es lo suficientemente pequeño para caber en la palma de una mano. Gracias a su pequeño tamaño, son portátiles y pueden programarse e integrarse en diversos sistemas automatizados/inteligentes.

Son baratos: La mayoría de los SBC son muy baratos de adquirir. Comparados con los ordenadores convencionales, los ordenadores de placa única son significativamente más asequibles de desarrollar que los PCs. Usualmente, con una reducción en el precio de compra, siempre hay una tendencia a que la demanda de dicho producto se dispare. De manera similar, las invenciones en el uso de tales productos aumentan. Los SBC ahora están fácilmente disponibles y son usados por diversos ingenieros eléctricos y aficionados para prototipado. En este momento, ¡incluso podrías pedir algunas placas SBC personalizadas de nosotros a un precio increíble!

Consumen menos energía que los PCs. Al evaluar los SBC frente a los ordenadores convencionales en consumo de energía, sin duda encontrarás una reducción muy significativa. Un SBC promedio consume solo ocho vatios de energía en lugar de los 400 vatios consumidos por los ordenadores tradicionales cuando funcionan en modo "ahorro de energía". En este ángulo, los SBC son preferibles sobre los ordenadores convencionales. Posiblemente, esta característica de bajo consumo de energía los hace adorables para integrar en otros sistemas computarizados.

1.4: La ola SBC ya está barriendo a los PCs

Si los números no mienten, el mejor momento para haber abrazado los SBC fue en 2013; y el segundo mejor momento es ahora. Los dos gráficos arriba muestran un contraste entre cómo la gente compraba PCs frente a realizar proyectos DIY usando SBCs en el mismo período. Mientras la demanda de mercado de PCs disminuye constantemente, la necesidad de SBCs para experimentos aumenta diariamente.

Un análisis simple de la tendencia en los hábitos de compra de la gente muestra que los SBC no son solo la ola del futuro; los SBC son la ola actual que se convertirá en un tornado en el futuro. No podemos permitir que nos arrastren; es hora de abrazar la ola y nadar junto a ella. Desafortunadamente, la mayoría de los ingenieros aún no lo ven venir.

Quizás la razón principal por la que los SBC están en auge y seguirán subiendo es que los SBC permiten a la gente la libertad de programar ordenadores. Las personas obsesionadas con DIY desean inventar y programar sus ordenadores para que se adapten mejor a sus entornos específicos. Los SBC alcanzan este objetivo de libertad al ser más baratos, portátiles y programables. Los SBC también tienen menor consumo de energía.

En los siguientes capítulos, consideraremos en detalle los diferentes procesadores y arquitecturas de los ordenadores de placa única y una comparación de los mejores SBC disponibles en este momento.

Arquitecturas de procesador de los ordenadores de placa única

ARM, Intel y Arquitectura Power de Freescale son los tres principales diseños de procesador que alimentan los ordenadores de placa única. Como insinué antes, la mayoría de los SBC funcionan con procesadores ARM. Una cantidad significativa del resto es alimentada por Intel y unos pocos por la Arquitectura Power. Comencemos examinando la arquitectura del procesador ARM.

2.1: La arquitectura del procesador ARM para ordenadores de placa única

En esencia, ARM es una arquitectura de CPU que pertenece a la familia de RISC (Reduced Instruction Set Computers) desarrollada por Advanced RISC Machines (ARM). Acorn Computers desarrolló el diseño en la década de 1980.

ARM produce procesadores tanto de 32 bits como de 64 bits como Intel. Sin embargo, los procesadores ARM están diseñados para rendir a mayores velocidades procesando Millones de Instrucciones Por Segundo (MIPS). Los procesadores logran un mejor procesamiento eliminando instrucciones adicionales y optimizando rutas de procesamiento, logrando así mejor rendimiento a menor consumo de energía.

Los procesadores ARM tienden a tener un rendimiento menor que los principales procesadores X86 de Intel; sin embargo, tienen más aplicaciones que los procesadores X86 debido a su capacidad para utilizar el consumo de energía.

En el mercado actual, la arquitectura del procesador ARM es la más popularmente usada para ordenadores de placa única debido a su menor consumo de energía. Estos procesadores son famosos por sistemas operativos de código abierto como Linux y Android. Funcionan en varios productos de defensa, aeroespacial y electrónica de consumo, como smartphones, reproductores multimedia y dispositivos wearables de fitness, entre otros dispositivos que utilizan SBC.

La mayoría de los SBC líderes del mercado como Raspberry Pi, Banana Pi, Orange Pi, BeagleBoard, entre varios otros, usan estos procesadores.

2.2 Ordenador de placa única – Procesadores Intel

Intel lidera la fabricación de procesadores para ordenadores personales. En años recientes, el gigante tecnológico ha progresado en la fabricación de procesadores de alta velocidad para SBC.

Los procesadores Intel Core de cuarta generación y X86 han registrado un mayor rendimiento en el procesamiento de gráficos e instrucciones de procesador que los procesadores ARM. A diferencia de los SBC ARM que contienen muchos procesadores simples que comparten la carga de trabajo (conocido como "escalado horizontal"), los SBC Intel están diseñados para contener pocos procesadores de alta capacidad (a veces llamados "escalado vertical") que pueden manejar tareas complejas con facilidad.

Debido a su alta capacidad de procesamiento, los procesadores Intel se utilizan en campos que demandan alta precisión y velocidades de procesamiento más rápidas como mercados de automatización, medicina, defensa, transporte y aeroespacial (como en vehículos no tripulados).

A pesar de su alto rendimiento y capacidad de procesamiento, los procesadores Intel siguen siendo impopulares en el mercado SBC debido a su alto precio y mayor consumo de energía comparados con los procesadores ARM. Sin embargo, la mayoría de los procesadores Intel tienen el inconveniente del sobrecalentamiento. Así, para proyectos que requieren certificación para usar en ambientes calientes, es aconsejable considerar diseñar un sistema de enfriamiento o incluso usar una alternativa de procesador diferente a Intel.

Algunos de los principales ordenadores de placa pequeña alimentados por Intel incluyen los producidos por Intel como las generaciones Intel Galileo y los de la compañía UDOO como UDOO Dual Basic, UDOO Quad y UDOO X86 avanzado.

2.3: Arquitectura Power de Freescale

La compañía Freescale produce los procesadores de Arquitectura Power. Siguen la arquitectura de procesador RISC como los procesadores ARM. Funcionan como procesadores X86 ordinarios. Su diseño apunta a minimizar el throttling.

Mientras los procesadores Intel enfrentan el desafío del sobrecalentamiento debido al throttling en cargas de trabajo mayores, los procesadores de Arquitectura Power navegan fácilmente el procesamiento sin consumir demasiada energía ni sobrecalentarse. De nuevo, estos procesadores rara vez se usan entre los SBC. En este momento, los procesadores Power funcionan en SBC como el MIPS Creator C120 Small Board Computer.

2.4: Ordenador de placa única – Conclusión del capítulo

Hasta ahora, hemos hecho una visión general para entender los ordenadores de placa pequeña, sus usos y su relevancia en el futuro de los ordenadores. También nos hemos tomado el tiempo para estudiar las tres arquitecturas principales de los SBC basadas en sus procesadores. En el próximo capítulo, comenzaremos a comparar SBCs específicos o marcas de SBC para determinar cuál probablemente rendirá mejor que las otras en cuanto a velocidad, rendimiento y coste de compra.

Clasificación de los mejores ordenadores de placa única

Si quisieras ejecutar un proyecto IoT, ¿qué placa elegirías entre las miles en venta ahora?

Honestamente, debido al alto número de fabricantes y diseñadores de SBC, a veces puedes encontrar difícil elegir una placa de la larga lista. Cada fabricante parece presentar diseños o características superiores. En tales casos, podrías necesitar invertir más en información antes de poder hacer un pedido, es decir, prestar más atención en lugar de más dinero. Y por eso invertimos tiempo en analizar diversos SBC y ayudarte a elegir el mejor entre las mejores marcas de ordenadores de placa pequeña en nuestros mercados. Saltaremos todas las demás explicaciones y nos sumergiremos directamente en nuestra lista top de SBC.

3.1: Top 3 ordenadores de placa pequeña de todos los tiempos

Rank 1: Raspberry Pi 3 Model B+

Raspberry Pi es el indudable "chico grande" en la industria de los ordenadores de placa pequeña. La empresa es reputada por lanzar placas altamente fiables con apoyo comunitario inquebrantable de sus lanzamientos. Su último lanzamiento: Raspberry Pi 3 Model B+, mejora el famoso Model 3B. Presume de las siguientes características:

Características

• Procesador: 2.4 GHz (y una opción separada para 5 GHz para la red), procesador ARM quad-core que soporta SO de 64 bits.

• USB: 4x USB 2.0

• Red: Ethernet Gigabit (sobre USB con velocidad máxima de 300 Mbps), Bluetooth 4.2/BLE

• Otros puertos: Puerto de pantalla DSI y puerto de cámara CSI.

Puntos fuertes:

• Excelente apoyo comunitario: Raspberry presume de una gran comunidad online que siempre responde a tus desafíos. Al ser más popular y usar programas de código abierto, casi no hay un desafío que encuentres con Raspberry que no haya sido experimentado por otros desarrolladores. La mayoría de los problemas que enfrentarás podrían resolverse con una simple búsqueda en línea.

• Tiene capacidades de procesamiento más rápidas.

• Barato de adquirir.

• Tiene una velocidad Ethernet rápida.

Puntos débiles:

• Mala conectividad Bluetooth: Aunque nuevo en el mercado, la placa ya ha recibido informes de conectividad Bluetooth poco fiable.

Qué pienso sobre Raspberry Pi 3 Model B+

Raspberry fue y sigue siendo el rey de los ordenadores de placa única. Su último modelo es asequible y debería ser útil en diversos experimentos. Sin embargo, juzgando por las características y fortalezas del modelo, el Model B+ se recomienda para proyectos que requieren conectividad a internet rápida, como proyectos que involucran GSM o monitorización/control remoto.

Rank 2: Udoo X86 Ultra SBC

Este pequeño "chico" escupe tanto clase como poder inimaginable. Udoo es uno de los pocos SBC que funcionan con procesadores Intel. Su precio de compra es mucho más alto que incluso los PCs, y su velocidad de procesamiento es lo suficientemente rápida para superar a la mayoría de los PCs también. Honestamente, podría ser difícil resumir todas sus características, pero aquí están algunas de las más notables:

• Procesador: Intel Pentium N3710 2.56 GHz Quad-Core

• RAM: 8 GB

• ROM: ranura para tarjeta SD integrada que soporta hasta 32 GB

• USB: 3 x USB 3.0

• Controlador gráfico: Intel HD Graphics 405

• Alimentación: 12V, 3A.

Puntos fuertes:

• Excelentes capacidades de procesamiento: con un procesador Intel de 2.56 GHz y 8 GB de RAM, Udoo ocupa un lugar alto como campeón de su velocidad de procesamiento. El SBC puede ejecutar aplicaciones de software comunes como un PC estándar sin enfrentar obstáculos de procesamiento.

• Ofrece excelentes capacidades gráficas y multimedia

• Es compatible con Arduino: Udoo es consistente con la buena y vieja placa microcontroladora Arduino para experimentaciones IoT. Esta capacidad lo hace ideal ya que no requiere transición para usar en proyectos o experimentos.

• Tiene mayor capacidad de almacenamiento que un SBC ordinario.

• Udoo tiene buen apoyo comunitario para respaldar sus productos.

Puntos débiles:

• Es caro: este SBC es más caro que muchos SBCs. Así, quizás no quieras comprarlo para tus experimentaciones.

• Consume más energía que un SBC ordinario. Aunque su consumo de energía es menor que el de un PC, es notable que aún consume más electricidad que la mayoría de los SBCs. Por tanto, no es digno de uso en proyectos que requieren poca electricidad para funcionar.

Qué pienso sobre Udoo X86 SBC

Udoo sigue siendo una comunidad en crecimiento. Este SBC está en récord por albergar 8 GB de RAM y un procesador Intel de 2.56 GHz en un SBC. Debido a sus excelentes características y alto precio de compra, lo recomendaría a usuarios industriales en lugar de aficionados y estudiantes.

Rank 3: Qualcomm Dragon Board

Qualcomm Dragon no es un SBC muy popular. Es compacto, soporta varias plataformas y es más potente que las alternativas SBC ordinarias. De nuevo, tiene buenas características para añadir a tu menú de desarrollo de proyectos. Tiene las siguientes características:

Características:

• Procesador: Procesador ARM quad-core con velocidades de hasta 1.2 GHz (y 2.4 GHz para la red). Soporta tanto alternativas de SO de 32 bits como de 64 bits

• RAM: 1 GB

• USB: 2 x USB 2.0 o un Micro USB

• Red: Wi-Fi a bordo 802.11

• Otros puertos: Puerto de pantalla HDMI.

Qualcomm Dragon tiene puntos fuertes en:

• Velocidad de procesamiento rápida

• Compatible con más aplicaciones de software y sistemas operativos incluyendo Linux, Windows y Macintosh

• Tiene conectividad de red rápida.

Puntos débiles:

• Alto coste de compra: Aunque tiene características que siguen al Raspberry Pi 3 model B, tiene un coste de adquisición significativamente mayor que Raspberry.

• No es muy popular. Al no ser popular en el mercado, carece de una comunidad de apoyo que lo respalde. Por tanto, no es ideal para estudiantes.

Qué pienso sobre Qualcomm Dragon Board

Qualcomm es una excelente placa para proyectos que requieren SBCs. Es ideal para industriales ya que es estable y soporta otras aplicaciones de ordenador ordinarias.

3.2: Los ordenadores de placa única más baratos

Cuando tienes un presupuesto ajustado pero aún te gustaría tener un SBC, hay un par de opciones baratas que deberías considerar. Aquí están algunas:

Pine A64 SBC: uno de los SBCs más raros y potentes que he visto personalmente en el mercado que cuesta unos $15 es el Pine A64. Su diseño se parece mucho al popular Arduino Uno.

Si buscas tener un proyecto IoT funcionando con tasas impresionantes pero a menor coste, deberías considerar The Pine A64. Soporta hasta 2 GB de RAM y funciona con un procesador ARM Cortex A53 Quad-core a 1.2 GHz que puede soportar aplicaciones de 64 bits. Tiene excelentes velocidades de red de unos 1000 Mbps. El único inconveniente del Pine A64 es su soporte remoto en línea si desarrollas problemas con la placa.

Raspberry Pi Zero: El Raspberry Pi Zero cuesta solo unos cinco dólares. Tiene 512 MB de RAM y una velocidad de procesador de 1 GHz single-core. Tiene 40 pines GPIO. Pi Zero es ideal para estudiantes, aficionados e incluso ingenieros al realizar experimentos simples. Se recomienda el Pi Zero por su fácil disponibilidad y enorme apoyo comunitario.

Nano Pi NEO: Nano Pi NEO es extremadamente pequeño en tamaño y tiene características limitadas. Tiene 256/512 MB de RAM y velocidad de procesador de 1 GHz. Soporta Ethernet, Micro-SD y VGA. Nano cuesta unos siete dólares y mantiene aproximadamente 40 pines GPIO. Sin embargo, tiene una capacidad de procesamiento significativamente lenta y poco apoyo comunitario.

3.3 Ordenador de placa única – El más potente

Cuando te cansas de jugar con placas Arduino y microcontroladores Raspberry Pi, y te gustaría ir al mundo de lo ilimitado, necesitarás buscar opciones más potentes, rápidas y (a menudo) más caras. Uno de esos ordenadores de placa pequeña que conozco es el Intel NUC Kit (Intel NUC NUC7i3BNH). Incluso en un entorno empresarial, este dispositivo es lo suficientemente potente para rivalizar con algunos servidores (asumo que es más potente que un ordenador ordinario). Aquí cómo rinde:

Kit Intel NUC NUC7i3BNH Single Board Computer

Características:

• Procesador: funciona con la 7ª generación de procesador de Intel (Intel Core i3-7100U).

• RAM: Tiene dos sockets DDR4 SO-DIMM (soporte de hasta 32 GB a 2.133 GHz)

• USB: tiene 4 x 3.0 USB y 2 x 2.0 USB.

• GPU: Usa Intel HD Graphics 620.

• Tiene puertos SATA y HDMI

Hasta ahora, el kit NUC es la única placa que se ha atrevido a ofrecer una velocidad de lectura Micro-SD de hasta 3 GB por segundo y un procesador de séptima generación en un solo panel. Sin embargo, está limitado porque es un kit, y está abierto a ajustes de partes del vendedor que pueden incrementar su rendimiento o bajarlo.

Es un SBC impopular para la mayoría de ingenieros debido a su alto coste de compra. No obstante, si estás interesado en aplicaciones reales que requieren altas velocidades y más espacio de almacenamiento, podrías probar el Intel NUC NUC7i3BNH.

Conclusión

Los ordenadores de placa única se han vuelto accesibles y valiosos con el tiempo. Como ya hemos explorado, hay varias instancias en las que podrías incorporar SBCs en tus proyectos. También hemos estudiado algunos de los mejores ordenadores de placa única que el mercado actual ofrece.

Ahora, quizás después de leerlo, puedas tener algunas consultas que requieran respuestas; por favor, siéntete libre de contactarnos a través de nuestra web oficial WellPCB. Si quieres que te consigamos una nueva impresión de PCB para Single Board Computer, por favor, siéntete libre de contactarnos para hacer una cotización online a un precio increíble.