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Was der COM-HPC-Standard bietet

Der große Bruder von COM Express

Der kommende COM-HPC-Standard stellt einen deutlichen Leistungsprung für Computer- on-Module-Systeme dar. Zur Beruhigung für manche Entwickler: Hochleistungs-Module sollen das klassische COM Express nicht ersetzen. Doch was bringt der neue Standard?

(Bild: @Mentor56/stock.adobe.com)

(Bild: @Mentor56/stock.adobe.com)

Sehr bald schon dürften Entwickler standardisierte Hochleistungs-Computer-On-Module (COMs) benötigen, die über die Grenzen und Möglichkeiten bestehender Standards hinausgehen – einschließlich des sehr erfolgreichen COM Express. Das IIoT und die industrielle Automatisierung treiben den Bedarf an Rechenleistung vielerorts in die Höhe. Erzeugte Datenmengen von Sensoren, Geräten und Aktoren, die eine lokale Vorverarbeitung on Edge erfordern, nehmen exponentiell zu. Ähnlich verhält es sich im Kommunikationssektor, wo das Aufkommen der drahtlosen 5G-Funktechnik ein wachsendes Backhaul-Volumen an Daten erzeugt und höhere Verarbeitungsanforderungen stellt. Gleichzeitig erfordern autonome Fahrzeuge, Anwendungen in der Produktion, High-Performance Computing,- sowie künstliche Intelligenz/Machine Learning-Workloads Prozessoren der Serverklasse zur Unterstützung von hoch anspruchsvollen Plattformen. Viele dieser Szenarien finden nicht mehr in einem geschützten Hochleistungsrechenzentrum oder in der Cloud statt, sondern dort, wo die Daten entstehen: an Mobilfunkmasten, an Produktionslinien oder in Verarbeitungsanlagen, in Lagerhäusern oder in autonomen Fahrzeugen. Auch der I/O-Datendurchsatz und das Kommunikationsaufkommen nehmen deutlich zu. Diese Faktoren haben im vergangenen Jahr dazu geführt, dass ein völlig neuer COM-Standard entwickelt wurde, den Kontron als Mitglied der PICMG zusammen mit anderen Embedded-Computing-Herstellern demnächst vorstellen wird. Ergänzend zu COM Express wird der kommende Computer-On-Modules High-Performance Computing (COM-HPC) Standard ein stark erweitertes Potential an Skalierbarkeit, Rechenleistung, Konnektivität und Hochgeschwindigkeitskommunikation bieten. Entwickler von Embedded-Lösungen und OEMs verspricht dies Planungssicherheit, auch in Zukunft ihre Lösungen auf standardisierte COMs aufsetzen zu können.

Rechenintensive Anwendungen

Die ersten COM-HPC-Module sollen ab Mitte 2021 verfügbar sein. Es wird fünf Formfaktor-Module geben: Die Größen A, B und C beziehen sich auf drei Embedded-COM-HPC/Client-Module für den Einsatz in Embedded-High-End-Anwendungen. Diese sind auf leistungsstarke Grafik fokussiert und beinhalten 2x MIPI-CSI (Mobile Industry Processor Interface – Camera Serial Interface) für Bildgebungsaufgaben, wie sie etwa für medizinische Geräte, autonome Fahrzeuge und Überwachung gefragt sind. Die Größen D und E sind für die beiden COM-HPC/Server-Module vorgesehen, die hauptsächlich für hochleistungsfähige Anwendungen der Edge-Server-Klasse wie KI und Analytik bestimmt sind, um hohe Datenmengen mit Hochgeschwindigkeitsübertragung und Echtzeitverarbeitung zu verwalten.

Auch die unterstützten Schnittstellen ändern sich bei COM-HPC. (Bild: Kontron Europe GmbH)

Auch die unterstützten Schnittstellen ändern sich bei COM-HPC. (Bild: Kontron Europe GmbH)

COM-HPC oder COM Express

Zu beachten ist, dass es sich bei COM Express und COM-HPC um komplementäre Standards handelt, die sich in Bezug auf Leistung, Funktionsumfang und Preisniveau unterscheiden. Für viele industrielle HPC-Anwendungen wird der Standard COM Express Typ 7 in den kommenden Jahren weiter beliebt sein, da er eine leistungsstarke Verarbeitung mit Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Konnektivität und hohem Datendurchsatz kombiniert. Er bietet die Leistung und Flexibilität von Multicore-Parallelverarbeitung, 4x 10GBit Netzwerkschnittstellen und mehrere PCI Express-Lanes. NC-SI-Sideband-Signale ermöglichen außerdem, in Kombination mit einem Board Management Controller (BMC) auf dem Baseboard Ferndiagnose und vorbeugende Wartung durchzuführen. COM Express Typ 7 eignet sich perfekt für ein breites Spektrum von IoT/IIoT-Anwendungsanforderungen, darunter die Wertorientierte, optimierte Leistungs-/Watt-Implementierungen mit Ethernet-Konnektivität, etwa Netzwerk-Router, Gateways und Mikroserver. Auch für Intelligent Edge Server bietet dieser Standard in der Regel ausreichend Leistung. Übersetzt in klassische Industrieanwendungen schließt das die Überwachung von Maschinentemperaturen ein, die optische Inspektion, Leistungssteuerung und Anwendungen für kompakte Steuerzentralen im Innen- und Außenbereich

Zukunftssichere Lösungen

Andererseits ermöglichen es COM-HPC-Module – basierend auf zukünftigen Generationen von von Intel-Prozessoren der Serverklasse – mit künftigen Anforderungen Schritt zu halten. Sie sind im Vergleich zu Typ 7 für wesentlich leistungsintensivere Anwendungen gedacht, nämlich für CPUs mit bis zu 150W TPD und einem Gesamtleistungsbereich bis zu 250 – 300W. Dies wird auch Implementierungen ermöglichen, bei denen mehr Features und Funktionen erforderlich sind. Allerdings werden die höhere Leistung und der erweiterte Funktionsumfang sich auch beim Einstiegspreis widerspiegeln.


Leistungsmerkmale in ­Stichpunkten

  • COM-HPC-Spezifikation ermöglicht Server- und Client-Pin-Out in fünf ­Größen
  • Altlasten wurden reduziert: Interfaces wie LVDS, HDA, VGA und LPC werden nicht mehr unterstützt
  • Erhöhte Rechenleistung durch 250 – 300W Gesamtleistungsbereich im Vergleich zum typischen Maximum von 80W bei COM Express
  • Erhöhte Übertragungs- und Konnektivitätsleistung durch einen neuen Modul-zu-Carrier Board-Steckverbinder: PCIe Gen4/5 und 10Gb/25Gb Ethernet-konform, in 5mm und 10mm Bauhöhe und mit 2x 400 Pin-Out-Verbindungen – Verdoppelung der Gesamtzahl der unterstützten PCIe-Lanes (von 32 für COM Express Typ 7 auf 64 für COM-HPC/Server)
  • Datenraten von bis zu 32GBit/s pro Lane über PCIe (Gen 5) im Vergleich zu typischen 8GBit/s bei COM Express
  • Für Edge-Server-Anwendungen: bis zu 8 x 25 Gb-Ethernet-Lanes und 64 PCIe-Lanes (Gen 4/5), die Datenübertragungsraten von bis zu 255GBit/s ermöglichen. Außerdem wird es 2x USB-4-Schnittstellen geben, die die Raten von USB3.2 nahezu verdoppeln• COM-HPC/Server-Module werden bis zu 1TByte RAM unter Verwendung von acht DIMM-Sockel unterstützen
  • Das System Management Interface ermöglicht eine zentralisierte Steuerung und Planung für vorausschauende Wartung; Board Management Controller auf dem Träger und Module Management Controller auf dem Modul ermöglichen eine Sensorüberwachung sowie Alarmierung und bieten Out-of-Band-Management
  • Die standardisierte Pinout-Definition erleichtert den Austausch und das Aufrüsten, etwa um den Lebenszyklus einer Applikation zu verlängern.


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