了解模块化系统设计的COM-HPC标准万博投注网址

文章作者:Christian Eder

一些人认为PCI工业计算机制造商集团(PICMG) COM-HPC标准是一个解决全新应用程序的全新平台。必须在恶劣环境中管理大量工作负载的嵌入式边缘服务器阵营认为是这样的。第二阵营是现有的COM Express用户。他们对服务器模块不太感兴趣，而更关心新的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，自问:COM Express可用多久，我现在是否必须切换到COM- hpc ?我的客户有什么优势?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解决了两个不同的目标群体，每个群体都有不同的需求。那么这两个新的子规范有什么潜力，它们有什么不同呢?

嵌入式服务器的开放标准平台

COM-HPC服务器是第一个真正开放的标准，用于开发模块化嵌入式机架服务器和机箱服务器设计，适用于恶劣环境。万博投注网址在今天的经典服务器世界中，应用程序就绪的处理器模块仍然很少得到利用，尽管这种方法提供了许多优点。例如，它可以很容易地实现特定的大小和I/O需求:开发人员只需要设计合适的特定于应用程序的载波板;处理器、RAM和高速接口等复杂的核心部件可以在一个标准化模块中购买。

因为载体板设计需要比全定制设计更少的努力，这种方法也可以有效地应用于较小的产品系列，其中标准产品以前往往是不令人满意的，但不可避免的妥协。更重要的是，模块化的概念也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，模块化服务器设计仅更换模块，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的时间。

一个标准中的更多计算单元

除了模块化概念的一般优点之外，COM-HPC Server还提供了一些以前在这种形式的模块中没有的技术改进。例如，COM-HPC标准并不局限于x86处理器，而是显式地提供了RISC处理器、fpga和通用图形处理单元(GPGPUs)的使用。在嵌入式世界期间，PICMG展台展示了第一批具有这种替代计算单元的样本。

因此，首次可以开发和实施异构服务器设计，其中包括单一官方规范和标准化生态系统内的各种计算和加速器单元。万博投注网址为了便于实现这一目标，新规范也支持模块的从模式。OEM不仅可以从简化和更高效的设计中受益，但也可以重新使用他们的知识更有效。

更多的空间以获得更多的性能

COM-HPC服务器模块旨在为边缘和雾服务器应用程序提供高性能计算能力，满足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的要求。COM-HPC服务器模块的最大指定功率预算为300瓦，显示了预期的性能，至少在中期。比较一下:当今最强大的COM Express Type 7服务器-on- module允许最大100瓦功率。考虑到预测的性能飞跃，可以很容易地看到COM-HPC在未来将能够覆盖巨大的服务器负载。

除了这种高性能潜力之外，模块为处理器或可选计算单元提供多少空间也很重要。看看英特尔和AMD目前的16核或更多的高性能cpu或强大的fpga，这一点就很清楚了，这些fpga可以达到手掌大小。COM-HPC Server提供200 mm × 160 mm (E号)或160 mm × 160 mm (D号)的模块占用空间，如图1所示。这些相对较大的足迹也简化了散热，为更大的散热器提供了空间，可以更有效地分配热量浪费。

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图1:COM-HPC Server指定了两种不同的内存足迹:大小E的空间最多为8个内存插槽目前1tb的RAM，和小20%的大小D的足迹为4个内存插槽。虽然COM-HPC服务器和客户端使用相同的连接器，2x 400引脚，他们位于不同的距离彼此。这可以防止意外地安装错误类型的模块(来源:congatec)。

更多内存性能

有了这些大的内存占用，COM-HPC Server模块也提供了更多的内存性能。它们有足够的空间来容纳全内存模块，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Size E的内存空间中，它们可以容纳多达8个内存插槽，目前最多可容纳1.0兆兆字节的内存。在Size D内存中，它们可以承载最多4个内存插槽，用于当前最多512g的内存。

更多的I / O性能

对于运营板连接，COM-HPC服务器定义8倍25 GBE，以及PCI Express Gen 4.0和Gen 5.0的65个PCIe车道（图2）。其中一个车道保留用于在运营板上的可选板管理控制器（BMC）进行通信，而剩余的64个PCIe车道可用于连接外围设备。

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GPGPUs, fpga和ASICS -例如以匹配的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。通过Thunderbolt 3.0版本的两个USB 4.0接口，以及两个指定的USB 3.2接口，可以增加额外的2x 20gigabit /s。四个额外的USB 2.0接口圆满结束了USB提供的COM-HPC服务器模块。除了2个本地SATA，它们还支持eSPI、2xSPI、SMB、2个I2C、2xUART和12个gpio来集成简单的外设和标准的通信接口，例如用于服务目的。额外的10gb以太网端口提供专用的通信通道，可用于远程和带外管理。

优化的服务器级板管理

另一个由COM-HPC引入的行业是专用的系统管理界面。此接口目前正在PICMG远程管理小组委员会中开发。目的是在可用于远程边缘服务器模块管理的智能平台管理界面（IPMI）中规定的功能集的部分。因此，类似于从属函数，COM-HPC还将为远程管理提供扩展的通信功能。由于此功能，OEM和用户将能够确保可靠性，可用性，可维护性和安全性（RAM），服务器的常见要求集。有关个性化需求，可以通过运输板上的可选电路板管理控制器扩展此功能。这为远程管理提供了统一基础的OEM，可以适应特定要求。

COM-HPC客户端-更大，更快，更多

当COM- hpc服务器规范专注于全新的嵌入式边缘服务器设计时，当然也有“经典的”高性能嵌入式系统，它们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，什么时候是切换到COM- hpc的最佳时机，以及COM- hpc对万博投注网址他们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 Client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，两种标准比差异有更多的相似性。与COM Express一样，COM-HPC客户端指定三个模块尺寸：120 mm x 160 mm（尺寸c），120 mm x 120 mm（尺寸b），120 mm x 95 mm（尺寸a）。这意味着最小的COM-HPC客户端足迹几乎与COM Express Basic实际上相同，该基本尺寸为125 mm x 95 mm。仅此单独显示COM-HPC客户端位于COM Express上方，寻址无法与COM Express到达的应用程序。（图3）。
图3:COM Express和COM- hpc Client都定义了三个不同的足迹。然而，最小的COM- hpc大小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200瓦的支持功率预算上，这大约是当今最强大的COM Express Type 6模块的三倍。就内存而言，虽然COM- hpc Client和COM Express都使用SODIMMS或焊接内存，但COM- hpc可以容纳更多的内存，最多4个SODIMM插槽。然而，由于COM Express现在已经能够支持96gb的内存，它也满足了较高的内存要求。

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于应用程序的载波板的信号引脚的数量，如图4所示。

COM-HPC采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兼容性模式。但当然，必须首先提供带有PCIe Gen 4.0的嵌入式处理器。和COM Express一样，COM- hpc支持两个连接器，但每个连接器有400个引脚。因此，COM- hpc总共有800个信号引脚，其引脚数量几乎是拥有440个引脚的COM Express Type 6模块的两倍。不用说，这也为更多的接口提供了空间。

COM-HPC客户端模块使用这些49个PCIe车道到运营板，其中一个人再次用于与运营板的BMC进行通信。这是一个两倍的车道，因为COM表达式6提供了最多24个车道。模块上还提供两种25 GBE KR以太网和最多两种10 GB的Baset接口。COM Express类型6支持1x 1 GBE，功能备份通过载波实现其他网络接口。

4 x图形

两种标准的图形支持是相同的;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。两种标准通过3个数字显示接口(DDI)和1个嵌入式显示端口(eDP)支持最多4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，它只需要两个通道:时钟和数据，时钟频率高达12.288mhz。多达4个音频编解码器可以在这两个通道上并行连接，每个编解码器接收自己的ID进行分析。

更多USB带宽加MIPI-CSI

针对未来支持的USB标准，COM-HPC指定了四个USB 4.0接口，并辅以4x USB 2.0。虽然这意味着COM- hpc客户端模块提供4个USB端口少于COM Express Type 6模块，它执行最多4x USB 3.1和8x USB 2.0，这是由更多的带宽补偿，因为USB 4.0的传输速率高达40gbit /s。COM-HPC Client模块的另一个吸引人的特性是，它们提供了两个MIPI-CSI接口，实现了具有成本效益的摄像机连接，用于态势感知和协作机器人。

COM-HPC客户端进一步提供了2倍SATA接口来连接传统的ssd和hdd，这几乎是今天的遗留设备，加上工业接口，如2倍UART和12倍GPIO。2x I2C, SPI和eSPI完成功能集。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提供可选的CAN总线，通过连接器作为一个独特的功能。

通过差异来判断，基于COM Express的设计可以放心，他们将在许多年份的COM Express提供很好的服务万博投注网址。这也是因为COM-HPC没有引入一个新的系统总线 - 与ISA到PCI的交换机不同，并且从PCI到PCI Express。值得注意的是，直到2012年，COM Express模块​​没有将ETX替换为最畅销的模块 - 在ETX引入后11年。ETX模块今天仍然销售。由于PCIe世代与他们的前辈兼容，因此使用PCIe Gen 3.0的设计将长时间保持服务，即使在所有处理器级别引入PCIe Gen 4.0之后。万博投注网址因此，只要给定的界面规范就足够了，绝对无需改变。

但是，如果您需要超过32个PCIe通道，或者需要全带宽的PCIe 4.0, USB 4.0多个25gbit /s以太网和/或高级远程管理特性，那么值得进行交换。否则，坚持“永远不要改变运行系统”的座右铭。

-克里斯蒂安埃德是欧洲、中东和非洲的市场总监在congatec和主席PICMG COM-HPC小组委员会。