Les spécifications techniques du COM Express Type 10

Ce guide s'adresse aux ingénieurs chargés du design-in du MC1000, un module COM Express Mini (Type 10) au format 55 × 84 mm construit autour des processeurs Intel Core Ultra Series 3 (Panther Lake). Il passe en revue l'architecture du processeur, la mémoire, les interfaces, le firmware, la thermique, puis les contraintes de routage, de validation et de production, avec un objectif simple : vous donner assez de matière pour dessiner une carte porteuse robuste et tirer le meilleur de la plateforme.

En quelques mots, le MC1000 associe un CPU hybride (P-cores, E-cores et LPE-cores), un GPU Intel Arc selon la référence et un NPU intégré d'environ 50 TOPS. La mémoire est de la LPDDR5x soudée jusqu'à 32 Go, et le module expose NVMe, PCIe, USB, SATA et 2.5 GbE.

Le silicium Panther Lake et ses conséquences logicielles

L'architecture combine trois types de cœurs : Performance (P), Efficiency (E) et Low-Power Efficient (LPE). Pour en profiter, le scheduler de l'OS ou de l'hyperviseur doit connaître cette hiérarchie et placer les threads en conséquence : les charges sensibles à la latence ou temps réel sur les P-cores, les tâches de fond sur les E et LPE-cores. En pratique, nous recommandons de fixer l'affinité des threads critiques, par exemple en dédiant des P-cores à une inférence IA temps réel, et d'ajuster les politiques ACPI et les C-states pour éviter les latences au réveil, surtout lorsque des entrées-sorties temps réel sont en jeu.

Le cache L3 atteint 18 Mo selon la référence. Il soulage la mémoire sur les charges de vision ou de machine learning, à condition que le jeu de données de travail tienne dedans. L'interconnexion interne entre les cœurs, le GPU et le NPU pèse aussi beaucoup dans les performances dès que l'on répartit un traitement entre CPU et NPU.

Le GPU Intel Arc, jusqu'à 12 Xe cores sur les variantes hautes, sert au calcul GPGPU pour le prétraitement et une partie de l'inférence. Il faut alors dimensionner la bande passante LPDDR5x et surveiller les échanges CPU-GPU selon votre chaîne de traitement. Le NPU d'environ 50 TOPS est optimisé pour l'inférence sur des opérations quantifiées (INT8, INT4). Les quelque 180 TOPS annoncés pour la plateforme supposent de combiner NPU, GPU et CPU : savoir quelle partie d'un modèle exécuter où ne se décide qu'avec un profilage sur la charge réelle.

Mémoire, stockage et interfaces

La LPDDR5x soudée, jusqu'à 32 Go à environ 8533 MT/s, offre une excellente bande passante et une latence d'accès réduite. Le fait qu'elle soit soudée limite les risques mécaniques, mais interdit toute extension de capacité une fois le produit en production : la capacité se choisit dès le départ. Certaines variantes proposent l'ECC in-band, à considérer sérieusement pour le médical ou l'industriel critique.

Le couple NPU/GPU consomme beaucoup de bande passante. Concevez vos pipelines de façon à éviter les transferts redondants entre mémoire et NPU, et gardez en tête qu'une contention est possible si le NVMe, le GPU et le NPU sollicitent intensément la mémoire en même temps. Lorsque le matériel et le firmware le permettent, priorisez le trafic temps réel, notamment les canaux DMA.

Côté stockage, le NVMe intégré est la meilleure option en performance et en endurance ; pour des journaux à haute fréquence ou une base de données locale, choisissez des SSD qualifiés pour des écritures intensives. Les deux ports SATA restent utiles pour des systèmes existants ou des SSD SATA. Sur la carte porteuse, isolez les canaux NVMe par le plan de masse et prévoyez des rails d'alimentation bien régulés pour éviter les chutes de tension lors des pics d'I/O.

Le réseau repose sur un contrôleur 2.5 GbE Intel i226, bon compromis entre débit et encombrement, avec TSN (Time Sensitive Networking) en option pour le trafic déterministe : contrôle moteur, robotique. Au routage, suivez les recommandations du i226 pour les paires différentielles, la self de mode commun et le couplage AC, et prévoyez magnétiques et filtrage EMI adaptés.

Quatre lignes PCIe, typiquement en Gen3, sont disponibles pour un accélérateur, une carte réseau ou un NVMe supplémentaire. Respectez une impédance différentielle de 85 ou 100 Ω selon le stackup, appairez les longueurs entre les extrémités critiques, limitez les vias sur les paires et évitez les stubs. Pour l'USB, le module fournit 2 ports USB 3.2 et 8 ports USB 2.0 ; si vous avez besoin de davantage de ports USB 3, prévoyez un hub sur la carte porteuse. Les deux UART sont souvent indispensables au debug et au bootloader, il vaut donc la peine de leur réserver un connecteur accessible. Le SMBus et l'I²C servent à la gestion des capteurs thermiques, du PMIC et du contrôleur de gestion.

Pour l'affichage, une sortie DDI (DP++) et une sortie eDP/LVDS permettent de piloter deux écrans 4K indépendants. L'eDP single channel convient aux dalles internes, le LVDS aux écrans existants. Soignez l'appairage des lignes eDP et planifiez la commande du rétroéclairage (PWM) via le BIOS/UEFI.

Firmware, sécurité et thermique

Le firmware AMI Aptio UEFI offre les personnalisations OEM habituelles : logo, valeurs CMOS par défaut, contrôle de l'écran, redirection du POST. Intégrez dès la conception une procédure de récupération par USB ou liaison série pour les interventions sur site. Le contrôleur de gestion du module apporte un watchdog multi-niveaux, les informations et statistiques de la carte, la redirection des codes POST et le comportement après coupure d'alimentation ; ses diagnostics peuvent être exposés via SMBus ou I²C.

Le module intègre un TPM 2.0 pour activer Secure Boot, le measured boot et le chiffrement du stockage. Décidez tôt de la politique de provisioning en production : clé OEM ou injection de clés par le client. Côté logiciel, Windows IoT, Windows 11, Linux, Yocto, des RTOS et des hyperviseurs temps réel sont supportés ; pour du temps réel ou un soft-PLC, validez les latences du scheduler sous charge NPU et GPU.

Le TDP processeur tourne autour de 25 W selon la référence, et le budget thermique monte localement quand le GPU et le NPU travaillent. Plusieurs solutions mécaniques existent : heatspreader HSP-B (entretoises à alésage 2,7 mm) ou HSP-T (taraudé M2,5), conduction par les entretoises, radiateur additionnel ou ventilation forcée selon l'enveloppe du produit. Le couplage module-heatspreader se fait par des pads thermiques à faible résistance, typiquement de 0,5 à 1 mm. Respectez les perçages et les couples de serrage pour ne pas contraindre les BGA, et si vous évacuez la chaleur vers le châssis, prévoyez une grande surface d'échange, voire des caloducs.

Exposez les capteurs thermiques vers l'OS via SMBus ou ACPI, puis mettez en place les politiques adaptées : courbes de ventilation, DVFS, zones thermiques ACPI. Des essais en charge prolongée (thermal soak) permettent de fixer les seuils de throttling sur une charge soutenue réaliste.

Carte porteuse, validation et production

Le module accepte une alimentation de 8,5 à 20 V. Respectez la séquence de démarrage (signaux power-good), surveillez les rails et maîtrisez le reset. Placez les condensateurs céramiques MLCC au plus près des alimentations critiques, avec un plan de puissance dédié. Un stackup de 6 à 8 couches minimum permet de séparer alimentation, masse et signaux rapides ; sur PCIe, USB et 2.5 GbE, contrôlez l'impédance, appairez les longueurs, limitez les vias et recourez au back-drilling si nécessaire. Côté CEM, multipliez les vias de couture, assurez des chemins de retour par la masse et partitionnez les îlots d'alimentation.

Respectez la zone d'exclusion sous le module, notamment pour les composants de la carte porteuse placés sous le heatspreader, et vérifiez brochage, fixation et effort d'insertion du connecteur COM Express. Les fixations par entretoises doivent éviter toute contrainte excessive sur les BGA à l'assemblage. En milieu humide, un vernis de tropicalisation se discute en tenant compte de la dissipation et du dégazage, et les coefficients de dilatation de la carte porteuse doivent rester compatibles avec ceux du module.

La validation couvre l'intégrité du signal (diagrammes de l'œil, BER sur PCIe, USB et Ethernet), la thermique (imagerie sous charge, cyclage de -40 à +85 °C selon le besoin, puissance en régime établi), les vibrations et chocs selon l'IEC 60068 ou le MIL-STD si requis, la CEM selon l'application (CE, FCC, EN) et les stress d'entrées-sorties : endurance NVMe, amplification d'écriture, bus CAN ou bus de terrain le cas échéant. En production, prévoyez boundary scan / JTAG, tests de continuité des rails et test d'intégrité mémoire, ainsi qu'une méthode de récupération sur le terrain (boot USB, console série) et des modules de rechange préprogrammés.

Avant de figer le design, l'équipe peut passer en revue les points suivants :

Référence processeur (Ultra 5, 7, 9 ou X9) selon le besoin GPU/NPU et le budget thermique
Capacité mémoire et besoin d'ECC
Solution thermique : HSP-B, HSP-T ou ventilateur
Dimensionnement et endurance du NVMe
Allocation des lignes PCIe et hubs USB éventuels
Layout : stackup, contrôle d'impédance, appairage des longueurs
Alimentation : PMIC, découplage, séquencement
Firmware : Secure Boot et provisioning du TPM
Validation : intégrité du signal, thermal soak, CEM, vibrations
Documentation : nomenclature, plans d'assemblage, couples de serrage

Spécifications et variantes processeurs

Format : COM Express Mini (Type 10), 55 × 84 mm
Processeurs : Intel Core Ultra Series 3 (Panther Lake)
Architecture : hybride (P-cores, E-cores et LPE-cores)
Mémoire vive : jusqu'à 32 Go LPDDR5x soudée (8533 MT/s)
Accélération IA : NPU intégré de 50 TOPS, jusqu'à 180 TOPS au total
Graphismes : Intel Arc Graphics (jusqu'à 12 Xe cores)
Stockage : SSD NVMe embarqué jusqu'à 1 To
Réseau : 1 × 2.5 GbE (i226) avec support TSN
Affichage : 1 × DDI (DP++), 1 × eDP/LVDS, deux écrans 4K indépendants
E/S haute vitesse : 4 × PCIe Gen3, 2 × USB 3.2, 8 × USB 2.0
Stockage classique : 2 × SATA III (6 Gb/s)
Sécurité : TPM 2.0
Alimentation : large plage 8,5 V à 20 V, ACPI 6.0

Quatre variantes processeurs sont proposées, toutes avec un NPU de 50 TOPS :

Ultra X9 388H : 4P + 8E + 4LPE (16 cœurs), 5,1 GHz, 18 Mo de L3, Arc B390 (12 Xe) ; IA embarquée intensive, vision complexe
Ultra 9 386H : 4P + 8E + 4LPE (16 cœurs), 4,9 GHz, 18 Mo de L3, Intel Graphics (4 Xe) ; hautes performances CPU/GPU, multitâche
Ultra 7 356H : 4P + 8E + 4LPE (16 cœurs), 4,7 GHz, 18 Mo de L3, Intel Graphics (4 Xe) ; usage équilibré, traitement temps réel
Ultra 5 325 : 4P + 4LPE (8 cœurs), 4,5 GHz, 12 Mo de L3, Intel Graphics (4 Xe) ; basse consommation, applications légères

Pour situer ce module face aux autres formats compacts, notre analyse comparative du COM Express Type 10 complète ce guide. La fiche technique du MC1000 est disponible sur demande, et nos équipes peuvent vous accompagner dans le choix de la variante et la revue de votre carte porteuse via la page COM Express Type 10.