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Leistungsfähiges Edge Computing Eine neue Computer-on-Module-Spezifikation der PICMG

| Redakteur: Ulrike Ostler

Die PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) steht kurz vor Abschluss einer neuen Computer-on-Module-Spezifikation, genannt „COM-HPC“. Diese soll den Anforderungen des industriellen Edge Computing Marktes Rechnung tragen.

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Die COM-HPC-Spezifikation definiert fünf Modulgrößen „A“ bis „E“. Größe „E“ umfasst 200 x 160 Millimeter.
Die COM-HPC-Spezifikation definiert fünf Modulgrößen „A“ bis „E“. Größe „E“ umfasst 200 x 160 Millimeter.
(Bild: Adlink )

Die COM-HPC-Spezifikation soll an den Erfolg von „COM Express“ anknüpfen und neue Performance-Regionen eröffnen, COM Express aber nicht ersetzen. Die Spezifikation wird voraussichtlich im zweiten Quartal 2020 veröffentlicht.

Edge Computing ist ein schnell wachsendes Segment, das nach einer immer höheren Leistung verlangt. Auch die Speichermöglichkeiten aktueller High-End-Mehrkern-Prozessoren sind stark gewachsen – und werden das künftig tun. Doch sobald der Speicherbedarf bei 128 Gigabyte (GB) oder darüber liegt, können bestehende Formfaktoren wie COM Express keine kosteneffektiven Lösungen mehr bieten.

An dieser Stelle kommt COM-HPC ins Spiel. Definiert sind fünf Größen, die beiden größten sind für die Verwendung als „Server“-Module vorgesehen. In der maximalen Größe lassen sich bis zu acht Standard Memory-DIMMs nutzen.

Unterstützung für rechenintensive Plattformen

COM-HPC unterstützt Prozessoren mit einer TDP von bis zu 150 Watt. Die Spezifikation erlaubt somit nicht nur die Verwendung neuester High-End-Prozessoren mit 16 (und mehr) Rechenkernen, sondern bietet auch genügend Leistung für künftige Designs, die auf noch leistungsfähigeren Prozessoren basieren und im nächsten Jahrzehnt zusätzliche Performance benötigen könnten.

Dabei wird insbesondere der erhöhte Speicherbedarf moderner Mehrkern-Prozessoren berücksichtigt. Die Kerne benötigen ausreichend Speicherkapazitäten, um die erwarteten hohen Leistungsniveaus zu erreichen. COM-HPC unterstützt bis zu acht Standard DIMMs – dadurch ist eine maximale Speicherkapazität von derzeit 512 GB auf Basis von DDR4 Speichern möglich.

Hierbei handelt es sich um die neueste und gängigsten Speicherlösung. Künftige Fortschritte bei Storage-Technologien erlauben es COM-HPC, auch deutlich höhere Speicherkapazitäten zu unterstützen.

Schnittstellen mit hohen Bandbreiten

COM-HPC unterstützt bis zu 64 PCIe Lanes und darüber hinaus eine weitere dezidierte PCIe Lane für die Verbindung mit einem IPMI Board Management Controller auf dem Carrier Board. Dazu gehören 4x PCIe x16 oder 8x PCIe x8. Zunächst kommen Prozessoren zum Einsatz, die PCIe Gen 4.0 unterstützen. Das spezifizierte Steckersystem von COM-HPC ist aber auch für PCIe Gen 5.0 vorbereitet.

Die beliebteste Schnittstelle für Peripherie-Geräte, der Universal Serial Bus (USB), wurde ebenfalls berücksichtigt und das bereits bis zu USB4. COM-HPC unterstützt maximal vier USB4-Ports und ermöglicht eine maximale Datenübertragungsrate von bis zu 40 Gbit. Darüber hinaus wird die Ethernet-Konnektivität durch bis zu acht 10 Gigabit Ethernet (GbE)-Ports oder das Äquivalent von zwei 100 GbE-Ports bereitgestellt.

Die Modulgrößen

Die COM-HPC-Spezifikation definiert fünf Modulgrößen „A“ bis „E“. Die größte Größe „E“ ist 200 x 160 Millimeter groß und hat Platz für acht DIMMs. Mit 160 mm x 160mm ist die Größe „D“ etwas kleiner und kann bis zu 4 DIMMs aufnehmen. Beide Größen sind für den Server „Pinout“ definiert und kommen somit ohne Graphikschnittstellen, aber einer hohen I/O Bandbreite für Daten.

Im Gegensatz dazu sind die kleineren Platinen-Größen für den Einsatz als „Client“ Plattformen vorgesehen. Sie verwenden entweder SO-DIMMs oder verlötete Onboard-Speicher. Integratoren können aus den Modul-Größen von 160 mm x 120 mm bis hinunter zu 95 mm x 120 mm auswählen.

Das COM-HPC Standard-Modul verfügt auf dem Server-Funktionssatz in der Größe E über 16 Rechenkerne in einer 110 W-Plattform und 8 DIMMs.
Das COM-HPC Standard-Modul verfügt auf dem Server-Funktionssatz in der Größe E über 16 Rechenkerne in einer 110 W-Plattform und 8 DIMMs.
(Bild: Adlink )

Die Spezifikation unterstützt zwei verschiedene Pin-Belegungen mit unterschiedlichen Funktionssätzen: den COM-HPC Server-Typ und COM-HPC Client-Typ. Der Funktionsumfang des Sever-Typs ist auf intensive Datenverarbeitung und Konnektivität ausgerichtet und unterstützt maximal 64 PCIe Lanes und bis zu 8x 10GbE-Ports. Der Client-Typ hingegen ist für allgemeine Anwendungen vorgesehen und unterstützt mehrere Anzeigeschnittstellen, Audio- und sogar eine MIPI-CSI-Kameraschnittstelle.

Um spezifische Anwendungsfälle zu berücksichtigen, die nicht den vollständigen Funktionsumfang benötigen, insbesondere in Client-Implementierungen, sind die grundlegenden Funktionen dem Primärsteckverbinder (J1) zugewiesen. Der zweite Steckverbinder kann somit zugunsten der Gesamtkostenstruktur nicht bestückt werden.

Hochgeschwindigkeits-Steckverbinder mit hoher Pin-Dichte

Für COM-HPC wurde ein 400-poliger 32 GT/s (PCIe Gen 5) fähiger Steckverbinder definiert. In Standard-Implementierungen hat jedes COM-HPC Modul zwei dieser Board-to-Board-Steckverbinder an der Unterseite des Moduls: den Primär-Steckverbinder (J1) und den Sekundär-Steckverbinder (J2). Die Höhe zwischen dem Modul und dem Carrier Board beträgt standardmäßig zehn Millimeter und lässt sich durch Auswahl des Steckverbinders auf der Carrier Board Seite auf fünf Millimeter ändern.

Das Adlink COM-HPC Modul

Adlink bietet weltweit Systeme für das Edge Computing. Zum Angebot gehören robuste Boards und Echtzeitdaten-Konnektivität ebenso wie auf AIoT-basierte Anwendungen. Das Unternehmen ist Premier Member der „Intel IoT Solutions Alliance“, ein Embedded-Partner von Nvidia und engagiert sich in Standardinitiativen wie Eclipse, OCP, OMG, SGET, PICMG und ROS-I.

Das Proof-of-Concept-Modul basierend auf dem COM-HPC Standard verfügt über einen Server-Funktionssatz und ist in der Größe E (160mm x 200mm) gefertigt. Es bietet 16 Rechenkerne in einer 110 Watt-Plattform und verfügt über acht DIMMs. Auf dem Modul ist ein Heat-Spreader montiert, der die Wärme an ein externes Kühlgerät abführt.

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