Fisiología de un SBC

Un SBC (Single Board Computer) es un pequeño computador contenido en una tarjeta electrónica.

Arriba observamos el Orange Pi Zero, el cual muestra algunos puntos comunes de muchos de ellos:

  • Es pequeño. Normalmente del tamaño de una tarjeta de crédito, aunque en el caso mostrado, mide unos 2.5 centímetros en cada lado.
  • Tiene un procesador, usualmente basado en tecnología ARM y que podría haber sido diseñado para su uso en teléfonos inteligentes o dispositivos de entretenimiento (en este caso es el AllWinner H2+).
  • Posee memoria de acceso aleatorio (RAM), que típicamente podría variar entre los 256Mb o unos pocos Gigabytes.
  • Posee puertos USB estándar (2.0 o 3.0 dependiendo del modelo) y un puerto USB OTG (On the Go), que es programable y podría ser utilizado como fuente de alimentación de 5V (como en este caso). Debe notarse que en los computadores Raspberry Pi 2 y 3, la alimentación no está en un puerto de datos compartido sino en un puerto microUSB dedicado para tal fin y en otras máquinas utiliza un conector de tipo barril (redondo).
  • Tiene algún dispositivo para almacenamiento de datos, que puede ser una tarjeta SD o microSD. En algunos casos poseen memorias flash integradas de tipo eMMc (en el 2017, entre 4 y 32 gigabytes). También podrían contar con una pequeña flash de pocos kilobytes o megabytes (en la ilustración es el chip pequeño que está diagonal al socket SD), en el cual se podría incluir código para escoger al fuente de arranque de la máquina (tarjeta SD, dispositivo externo USB, etc.).
  • Incluye pines especiales denominados GPIO (General-Purpose Input Output), que sirven para comunicarse físicamente con diversos tipos de sensores y/o dispositivos electrónicos. El voltaje de los mismos depende del modelo y fabricante, aunque muchos tienden a seguir el estándar de facto creado por el Raspberry Pi (26 o 40 pines). Estos pines pueden o no estar poblados (solo agujeros o los pines soldados).
  • Dependiendo del tamaño, podría contar con puertos en forma de pines adicionales, los cuales se utilizan colocando alambres en los mismos o mediante tarjetas de expansión diseñadas específicamente para tal fin. El Orange Pi Zero es pequeño porque no tiene los puertos de video (normalmente tendrían un HDMI en formato completo, mini o micro), audio y USB adicionales, pero ofrece los pines de expansión de puertos en caso de que se necesiten.

Estas máquinas, como se indicó, tienden a funcionar con una fuente de corriente directa de 5 voltios. Su consumo eléctrico varía dependiendo del tipo de aparato, y podría ir entre los 160 miliamperios hasta 3 o 4 amperios en casos de máquinas poderosas o que manejan dispositivos que consumen mucha electricidad. Esto significa que pueden funcionar durante horas con baterías.

Por lo general no producen suficiente calor para requerir enfriamiento adicional, aunque no es extraño que posean disipadores de aluminio o cobre ubicados sobre la CPU. En algunos casos estos disipadores son del tamaño de la tarjeta completa y son indispensables, como ocurre con el Parallella 16 que, sin realizar ninguna operación especial, puede llevar la temperatura de la CPU a cerca de 70 grados centígrados. En otros casos, como ocurre con el ODROID XU4, se incluye un disipador y un ventilador que se activa solamente cuando la temperatura alcanza cierto límite pre-establecido.

Para todos estos equipos es importante contar con los mecanismos adecuados para el flujo de aire, con el fin de que no se dañen por el exceso de temperatura en espacios muy reducidos. Si no fuese posible esto, hay que considerar la restricción de su rango de funcionamiento para evitar que su temperatura los haga fallar (un ejemplo conocido es el Orange Pi + 2E, cuya velocidad de proceso es de 1.6 Gigahertz, pero que es limitado a 1.2 Gigahertz para garantizar la estabilidad en su funcionamiento).

Algunos poseen extras. Por ejemplo, el ilustrado Orange Pi Zero y el Raspberry Pi 3 tienen circuitería WIFI integrada, aunque en el primer caso es funcionalidad ofrecida por el SoC H2+ utilizando una antena externa, mientras que en el segundo se trabaja un chip de red Broadcom separado con una antena tipo “chip” soldada en la propia tarjeta.

También tenemos el caso especial de la Parallella 16, cuyo SoC Xilinx Zync 7010 posee cores ARM A9 y un FPGA (programación a nivel de hardware), junto con un coprocesador paralelo Epiphany IV de 16 cores sumado a los 2 cores ARM del procesador central, convirtiéndolo en un SBC híbrido para procesamiento masivamente paralelo y que permite “diseñar” instrucciones de hardware en la FPGA.

También se pueden encontrar en formato reducido. El Orange Pi Zero descrito inicialmente es un caso, y otro es el Orange Pi Zero, el cual carece de muchos puertos y posee una capacidad de cómputo más limitada, en favor de su tamaño, bajísimo costo y consumo eléctrico.

Como se observa en la fotografía, el Raspberry Pi Zero es verdaderamente pequeño, así que puede combinarse con otros componentes de hardware para dar más funcionalidad. Aquí está conectado con un Node Zero y un disco nativo Pi Drive, ambos de Western Digital, diseñados para funcionar con esa máquina en particular como una sola unidad.

Pero, ¿hay algo especial en todos estos equipos, además de lo ya descrito?

Probablemente un factor importante que los hace atractivos para ser utilizados en proyectos de toda índole es su precio. Por lo general cuestan menos de $100, y en el caso del Raspberry Pi Zero, su costo (solo la máquina) es de tan solo $5.

Pequeños, poderosos, baratos, asequibles. Realmente pueden abrir puertas a campos de uso de los computadores desconocidos con anterioridad.

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