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Ein robustes Rechenzentrum für die „Edge“ Was ist der COM-HPC-Standard?

Autor / Redakteur: M.A. Jürgen Höfling / Ulrike Ostler

Die Digitale Fabrik benötigt das Rechenzentrum nicht fernab in der Cloud, sondern direkt an der Fertigungsstraße - mit Hochleistungsmodulen, die auch schon mal einen „Schlag“ abkriegen können. Der Industrierechner -Standard COM-HPC ist genau dafür ausgelegt.

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In der digitalen Fabrik ist COM-HPC schon jetzt ein Muss.
In der digitalen Fabrik ist COM-HPC schon jetzt ein Muss.
(Bild: andreas_stix_pixelio.de)

Anwendungen im IoT-Bereich wie selbstfahrende Autos oder digital organisierte Fertigungsstraßen in der Industrie benötigen zunehmend Rechnerkapazitäten direkt vor Ort (neudeutsch „an der Edge“), wie sie derzeit in erster Linie in mittleren und größeren Rechenzentren vorhanden sind. Bei autonomen Fahrzeugen im realen Verkehrsfluss oder bei Roboterarmen direkt in der Fertigungsstraße können selbst geringste Signalverzögerungen (Latenzen) desaströse Sachschäden verursachen oder Menschenleben kosten.

Das herkömmliche Rechenzentrum – womöglich in der Cloud – ist einfach zu weit weg. Nötig ist Hochleistungs-Computing (HPC) an der Edge, wobei das Equipment auf raue Umgebungen ausgerichtet sein muss.

Über die x86-Welt hinaus

Der Gartner-Analyst Thomas Bittman geht in seinen Recherchen davon aus, dass in den nächsten Jahren die Edge-Computing-Szenarien in Großunternehmen weltweit rasant zunehmen. Deshalb kommt der neue Standard COM-HPC für „gekapselte Industrierechner“ (Embedded Industrial Computer) genau zur richtigen Zeit.

COM-HPC soll den schon fast zwei Jahrzehnte bestehenden COM Express (COMe)-Standard für raue Rechner-Umgebungen zumindest im absoluten High-Computing-Bereich ablösen. COM-HPC wurde in den letzten Jahren von einer Arbeitsgruppe innerhalb des Standardisierungsgremiums PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) definiert.

Anders als COM Express ist der neue Industrierechner-Standard nicht auf x86-Prozessoren beschränkt, sieht umfasst auch RISC-Prozessoren, freiprogrammierbare Gate Arrays (FPGA) und Grafikprozessoren (GPUs).

Während COM Express in seiner „Type 7-Variante“ mit bis zu vier 10-Gigabyte-Ethernet- Ports und mit bis zu 32 PCI Express-Lanes durchaus auch für Server-Applikationen taugt, aber eben nur so gerade, ist COM-HPC ganz gezielt auf eine rechenstarke Industrieserver-Welt an der Edge ausgelegt: für Workloads mit IoT- und KI-Anwendungen, die keinen Latenz-Spielraum haben, breite und schnelle Ein-Ausgabe-Kanäle benötigen und die beim Rechnen schon mal bis zu 300 Watt verbrauchen dürfen.

COM Express und COM-HPC Client: Gemeinsames und Trennendes

Das alles klingt so, als habe das nur wenig mit den derzeitigen leistungsstarken Embedded-Konstellationen zu tun, beispielsweise denen auf der Basis von COM Express Type 6. Aber die Server-Seite von COM-HPC ist eben nur die eine Seite der Medaille. Die Client-Seite von COM-HPC hat durchaus viel mit dem COM Express-Standard gemeinsam, nur eben (manchmal) eine „Nummer größer“.

Genauso wie in COM Express sind in COM-HPC Client-Module in drei Größen spezifiziert. 120 mm x 160 mm (Size C), 120 mm x 120mm (Size B) und 120 mm x 95 mm (Size A). Die kleinste Modulfläche bei COM-HPC ist also nur minimal kleiner als COM Express Basic als derzeit größter COM Express-Variante mit 125 mm x 95 mm Fläche. Freilich könnte die projektierte COM Express-Variante „Extended“ mit 155 mm x 110 mm die Schnittmenge mit CM-HPC wieder größer machen.

Sowohl COM-HPC Client als auch COM Express unterstützen Grafik und sind auch beim Arbeitsspeicher nicht allzu weit auseinander. Beide Standards setzten auf SODIMMs oder gelöteten Speicher und in beiden Standards kann bei Bedarf jede Menge Arbeitsspeicher bereitgestellt werden (bei COM Express bis zu 96 GByte). Sicher: wenn es wirklich eng wird, kann COM-HPC mehr auf die Waage bringen. In den allermeisten Anwendungen wird indes die (frühe) Entscheidung für COM-HPC im Client-Bereich nicht wegen des größeren Arbeitsspeicher-Volumens getroffen werden, sondern eher wegen der deutlich höheren Zahl an Schnittstellen bei COM-HPC.

Tatsächlich liegt der wichtigste Unterschied zwischen COM Express und COM-HPC im Steckverbinder-Typ, der schon für die hohen Taktraten von PCIe 5.0 und 25 Gbit/s ausgelegt ist, sowie in der Anzahl der Pins, die die aufgesteckte Platine mit der applikationsspezifischen Träger-Platine verbinden. COM HPC verfügt hier mit 800 Anschluss-Stiften über fast doppelt so viele Kontakte wie COM Express-Module Typ 6 mit 440 Anschlüssen. Und auch bei den PCI-Lanes kommt der neue COM-HPC-Standard mit 48 Verbindungen auf das Doppelte gegenüber COM Express Typ 6.

Wo COM-HPC schon heute angesagt ist

Wenn es nicht gerade um Hochleistungs-Anwendungen an der Edge geht, ist man im Industriebereich noch ein paar Jahre gut mit COM Express bedient. COM Express lebt und es wird auch in Zeiten von COM-HPC noch lange leben. COM Express-Nutzer und COM Express-Modul-Hersteller können hier umso beruhigter sein, als COM-HPC keinen neuen Systembus einführt. Beide Standards setzen auf PCI Express (PCIe) auf. Da PCIe abwärtskompatibel ist, werden Designs mit PCIe Gen 3 auch dann noch viele Jahre weiterexistieren, wenn auf Prozessor-Ebene die entsprechende Generation 4 flächendeckend eingeführt ist.

Ganz anders sieht es für diejenigen aus, die jede Menge Daten vor-Ort (womöglich mit KI-Algorithmen) superschnell verarbeiten müssen, sei es nun im Bereich autonomer Fahrzeuge oder an voll digital gesteuerten Fertigungsstraßen. In solchen Szenarien ist COM-HPC eher heute als morgen angesagt.

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