COM-HPC:开发者和用户需要知道的内容
文章作者:Christian Eder, congatec
COM-HPC，模块化系统设计的下一代标准，是复杂的，有时被误解。万博投注网址以下是你需要知道的。
嵌入式计算行业即将推出COM-HPC作为模块化系统设计的下一代标准。万博投注网址由于COM-HPC很复杂，有时会被误解，因此需要明确的信息。
一些人将PICMG标准视为一个全新的平台，用于解决全新的应用程序。嵌入式边缘服务器阵营(他们必须在恶劣的环境中管理大量的工作负载)是这样认为的。第二个阵营是现有的COM Express用户。他们对服务器模块不太感兴趣，反而更关心新COM-HPC标准的客户端模块。他们对COM-HPC有点怀疑。他们想要保护现有的COM Express投资，问自己:COM Express有多长时间可用，我现在必须切换到COM- hpc吗?对我的客户有什么好处?对于他们来说，最重要的是了解COM- hpc客户端模块提供的好处以及它们与COM Express的区别。因此，COM-HPC针对两个不同的目标群体，每个群体有不同的需求。那么这两种新的子规范有什么潜力，它们又有什么不同呢?
嵌入式服务器的开放标准平台
COM-HPC服务器是为恶劣环境开发模块化嵌入式机架服务器和盒式服务器设计的第一个真正开放的标准。万博投注网址在当今的经典服务器世界中，应用程序就绪处理器模块仍然很少被利用，尽管这种方法提供了许多优点。
图1:COM-HPC Server模块的关键特性:超大数量的高速接口，出色的网络带宽和无头服务器性能(来源:congatec)。
例如，它使得实现特定尺寸和I/O需求变得非常容易:开发人员只需要设计合适的特定应用程序载波板;复杂的核心组件，如处理器，RAM和高速接口可以在一个标准化的模块购买。由于载体板设计比全定制设计需要更少的努力，这种方法也可以有效地应用于较小的产品系列，在这些产品系列中，标准产品以前常常是不令人满意的，但不可避免的妥协。此外，模块化的概念还大大降低了性能升级的成本。与完全更换1U或3U机架系统相比，模块化服务器设计只更换模块，升级成本可降低50%左右。因此，这种方法提高了投资的可持续性，以及解决方案的长期可用性和ROI，因为它们可以使用更长时间。
在一个标准中有更多的计算单元
除了模块化概念的一般优点外，COM-HPC Server还提供了一些以前在这种形式的模块中无法提供的技术改进。例如，COM-HPC标准并不局限于x86处理器，而是明确地提供了RISC处理器、fpga和GPGUs的使用。在嵌入式世界(Embedded World)期间，PICMG展台展示了第一批具有这种替代计算单元的样品。因此，在单一的官方规范和标准化生态系统中，首次有可能使用广泛的计算和加速器单元来开发和实现异构服务器设计。万博投注网址为了方便这一点，新规范还首次支持模块的从模式。原始设备制造商不仅受益于简化和更高效的设计，而且还可以更有效地重用他们的技术。
更多的空间，更多的性能
COM-HPC服务器模块旨在为边缘和雾服务器应用提供高性能计算能力，这是半导体制造商预计很快将推出的新型嵌入式边缘服务器处理器所需要的。COM-HPC服务器模块的最大指定功率预算为300瓦，至少在中期内给出了预期性能的指示。相比之下，目前最强大的COM Express Type 7 Server-on-Module最大支持100瓦。考虑到预期的性能飞跃，很容易看到COM-HPC将能够在未来覆盖巨大的服务器负载。
图2:COM-HPC服务器指定两个不同的足迹:大小E与空间多达8个DIMM插槽目前1tb的RAM，和小20%的大小D足迹为4个DIMM插槽。虽然COM-HPC服务器和客户端使用相同的连接器2x 400引脚，但它们彼此之间的距离不同。这可以防止意外安装错误类型的模块造成的损坏(来源:congatec)。
除了这种高性能潜力之外，模块为处理器或替代计算单元提供多少空间也很重要。看看目前英特尔和AMD的高性能cpu(16核或以上)或强大的fpga(手掌大小)，这一点就很清楚了。对于他们来说，COM-HPC服务器提供了200毫米x 160毫米(尺寸E)或160毫米x 160毫米(尺寸D)的模块足迹，如图2所示。这些相对较大的占地面积也简化了散热，为更大的散热器提供了空间，可以更有效地分配热量。
更多的内存性能
有了这些大的内存占用，COM-HPC Server模块还提供了更多的内存性能。他们有足够的空间安装全内存模块，满足微服务器、边缘服务器和雾服务器的高内存带宽和大小要求。在尺寸为E的内存中，他们可以容纳多达8个DIMM插槽，目前最多1.0 tb的内存。在尺寸为D的内存中，它们最多可以承载4个DIMM插槽，目前最多可提供512g内存。
更多的I / O性能
为载体板连接,COM-HPC服务器定义了对8 x 25 GbE,以及65作为PCIe车道PCI Express创4.0和5.0 Gen(图1)。其中一个与一个可选的车道被预留给沟通板管理控制器(BMC)承运人板,而剩下的64作为PCIe车道可以用来连接外围设备。因此，COM-HPC服务器提供了非常广泛和强大的连接，例如连接额外的计算加速器，如gpgpu、fpga和ASICS(例如以匹配COM-HPC模块的形式)或基于nvme的存储介质。总的来说，COM-HPC服务器设计受益于通过PCI万博投注网址e高达256gb /s的I/O性能。Thunderbolt 3.0版本还可以通过两个USB 4.0接口增加2x 40g /s，以及通过两个指定的USB 3.2接口增加2x 20g /s。四个额外的USB 2.0接口使COM-HPC服务器模块的USB功能更加完善。除了2x SATA，他们还支持eSPI, 2xSPI, SMB, 2x I2C, 2xUART和12 gpio集成简单的外设和标准的通信接口，例如服务目的。额外的10gb以太网端口提供了一个专用的通信通道，可用于远程和带外管理。
优化的服务器级板管理
另一个最先由COM-HPC引入的行业是专用的系统管理接口。该接口目前正在PICMG远程管理小组委员会中开发。其目的是使智能平台管理接口(IPMI)中指定的部分特性集可用于远程边缘服务器模块管理。与从属功能类似，COM-HPC因此也将提供用于远程管理的扩展通信功能。由于这个特性，oem和用户将能够确保可靠性、可用性、可维护性和安全性(RAMS)，这是服务器的一组常见需求。根据个人需要，可通过可选的运营商板上的板管理控制器扩展此功能。这为原始设备制造商提供了一个统一的远程管理基础，可以适应特定的需求。
COM-HPC客户端-更大，更快，更多
虽然COM- hpc服务器规范集中在全新的嵌入式边缘服务器设计上，但当然也有“经典的”高性能嵌入式系统，这些系统到目前为止一直在利用COM Express Type 6。万博投注网址oem想知道COM- hpc是否会让他们现有的COM Express设计过时，什么时候是转换到COM- hpc的最佳时间，COM- hpc对他们万博投注网址和他们的客户有什么优势。要回答这些问题，重要的是要详细了解COM- hpc客户端模块提供哪些功能，并将它们与COM Express功能进行比较。
三种尺寸
在许多方面，这两个标准的相似之处大于差异。像COM表达,COM-HPC客户指定三个模块大小:120 mm x 160 mm (C)大小,120 mm x 120 mm (B)大小,和120 mm x 95 mm(大小)。这意味着最小的COM-HPC客户机占用空间与COM表达基本几乎相同,125 mm x 95 mm的措施。这表明COM- hpc客户端位于COM Express之上，处理COM Express无法到达的应用程序。(图3)
图3:COM Express和COM- hpc客户端都定义了三种不同的足迹。然而，最小的COM- hpc尺寸A几乎与COM Express Basic相同，很明显COM- hpc位于COM Express之上(来源:congatec)。
更多的权力
这也反映在支持的200瓦的功率预算，这大约是今天最强大的COM Express Type 6模块的三倍。就内存而言，COM- hpc客户端和COM Express都使用SODIMMS或焊接内存，COM- hpc可以容纳更多的内存多达4个SODIMM插槽。然而，由于COM Express今天已经能够支持96g字节，它也能满足高内存需求。
更多更快的接口
从布局的角度来看，COM Express和COM- hpc模块之间最重要的区别在于连接器，以及连接模块到特定应用载波板的信号引脚的数量，如图4所示。COM-HPC利用了一种新的连接器，该连接器专为最新的高速接口设计，并已指定为PCIe 5.0和25gb /s的高时钟速率。COM Express支持PCIe Gen 3.0和PCIe 4.0兼容模式。当然，带有PCIe Gen 4.0的嵌入式处理器必须首先面世。和COM Express一样，COM- hpc支持两个连接器，但每个都有400个引脚。因此，COM- hpc共有800个信号引脚，其引脚数量几乎是COM Express Type 6模块(440个引脚)的两倍。不用说，这也为更多的接口提供了空间。
图4:COM- hpc客户端和COM Express Type 6接口主要在PCIe通道的数量和带宽、以太网接口和USB端口以及扩展的远程管理支持方面有所不同(来源:congatec)。
COM-HPC客户端模块使用这些用于49个PCIe通道到载波板，其中一个用于与载波板的BMC通信。这是COM Express Type 6最多24条车道的两倍。模块上还直接提供了两个25gbe KR以太网和多达两个10gb BaseT接口。COM Express Type 6支持1x 1gbe，可通过运营商板实现进一步的网络接口。
4 x图形
图形支持在两个标准中是相同的;同时，这也是这些模块与无头COM Express Server-on- modules和COM- hpc Server模块的区别所在。两种标准都支持通过三个数字显示接口(DDI)和1x嵌入式显示端口(eDP)多达四个显示。在多媒体接口方面，COM- hpc使用SoundWire代替为COM Express指定的HDA接口。SoundWire是一个新的MIPI标准，只需要两个通道:时钟和数据，时钟速率高达12.288 MHz。多达4个音频编解码器可以通过这两个通道并行连接，每个编解码器接收自己的ID进行分析。
图5。开放和独立于制造商的计算机模块标准确保应用程序有几十年的生命周期。oem仍然可以购买新的ETX模块，尽管事实上，这种形式的因素是纯粹基于遗留总线。由于向后兼容性，基于PCIe的标准将会存在更长的时间。
更多的USB带宽和MIPI-CSI
为了适应未来的USB标准，COM-HPC指定了4个USB 4.0接口，辅以4个USB 2.0接口。虽然这意味着COM- hpc客户端模块提供四个USB端口比COM Express Type 6模块少，后者执行高达4倍USB 3.1和8倍USB 2.0，这是由更多的带宽补偿，因为USB 4.0的设计传输速率高达40 Gbit/s。COM-HPC客户端模块的另一个吸引人的特性是，它们提供了两个MIPI-CSI接口，为态势感知和协作机器人实现了成本效益高的摄像头连接。
COM-HPC客户端进一步提供了2个SATA接口，用于连接传统的ssd和hdd，这几乎是今天的传统设备，加上工业接口，如2倍UART和12倍GPIO。2x I2C、SPI和eSPI完成特性集。所有这些功能都可以与COM Express Type 6模块相媲美，与COM- hpc相比，COM- hpc提供了可选的通过连接器的CAN总线，这是一个独特的功能。
从这些差异判断，基于COM Express设计的oem可以放心，他们将在未来许多年良好地服务于COM Expre万博投注网址ss。这也是因为COM-HPC没有引入新的系统总线——不像从ISA到PCI和从PCI到PCI Express的开关。同样值得记住的是，COM Express模块直到2012年才取代ETX成为最畅销的模块——在ETX推出11年后。ETX模块至今仍在销售。由于PCIe一代与他们的前辈是向后兼容的，PCIe Gen 3.0的设计将在很长一段时间内继续使用，即使PCIe Gen 4.0已经在所有处理器万博投注网址级别引入。因此，只要给定的接口规范是足够的，就绝对不需要更改。
然而，如果你需要超过32个PCIe通道，或者你需要PCIe 4.0的全带宽，USB 4.0多个25gbit /s以太网和/或先进的远程管理功能，这是值得的交换。否则，坚持“永远不要改变运行系统”的座右铭。
关于作者
基督教埃德尔是congatec的营销总监，也是PICMG的COM-HPC小组委员会主席。Christian拥有德国雷根斯堡应用科学大学(University of Applied Sciences Regensburg)的电气工程学位。他在嵌入式计算领域有30多年的经验，是congatec的创始人之一。
