Memahami standar COM-HPC untuk desain sistem modular
Industri komputasi tertanam akan meluncurkan COM-HPC sebagai standar generasi berikutnya untuk desain sistem modular. Karena COM-HPC rumit dan terkadang disalahpahami, ada kebutuhan akan informasi yang jelas.
Beberapa orang melihat standar COM-HPC PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) sebagai platform yang sama sekali baru yang menangani aplikasi yang sama sekali baru. Kamp server tepi tertanam, yang harus mengelola beban kerja besar di lingkungan yang keras, berpikir demikian. Kubu kedua adalah pengguna COM Express yang ada. Mereka kurang tertarik pada modul server, dan lebih peduli pada modul klien dari standar COM-HPC yang baru. Mereka sedikit lebih skeptis tentang COM-HPC. Mereka ingin melindungi investasi COM Express yang ada, bertanya pada diri sendiri:Berapa lama COM Express akan tersedia dan apakah saya harus beralih ke COM-HPC sekarang? Apa keuntungan bagi pelanggan saya? Bagi mereka, sangat penting untuk mengetahui manfaat apa yang ditawarkan modul klien COM-HPC dan perbedaannya dari COM Express. Oleh karena itu COM-HPC menangani dua kelompok sasaran yang berbeda, masing-masing dengan kebutuhan yang berbeda. Jadi, potensi apa yang dimiliki kedua sub-spesifikasi baru dan bagaimana perbedaannya?
Membuka platform standar untuk server tersemat
Sejarah singkat performa tinggi standar Computer-on-Module
TahunDetail 2001Fondasi ETX-IG dan peluncuran standar modul independen produsen pertama2005PICMG menerbitkan spesifikasi COM Express 1.02010Spesifikasi COM Express 2.02012Penjualan modul COM Express melebihi spesifikasi ETX2012COM Express 2.12018Fondasi Komite COM-HPC PICMG2019Lepas pinout COM-HPC2020Peluncuran Spesifikasi COM-HPC
Standar Computer-on-Module yang terbuka dan independen dari pabrik memastikan bahwa aplikasi memiliki siklus hidup beberapa dekade. OEM masih dapat membeli modul ETX baru hari ini, meskipun faktanya faktor bentuk ini murni didasarkan pada bus lama. Berkat kompatibilitas mundur, standar berdasarkan PCIe akan bertahan lebih lama lagi.
COM-HPC Server adalah standar pertama yang benar-benar terbuka untuk mengembangkan server rak tertanam modular dan desain server kotak untuk lingkungan yang keras. Di dunia server klasik saat ini, modul prosesor siap-aplikasi masih jarang dimanfaatkan, meskipun pendekatan ini menawarkan banyak keuntungan. Misalnya, sangat mudah untuk mewujudkan ukuran tertentu dan persyaratan I/O:Pengembang hanya perlu merancang papan operator khusus aplikasi yang sesuai; komponen inti yang kompleks seperti prosesor, RAM, dan antarmuka berkecepatan tinggi dapat dibeli dalam modul standar.
Karena desain papan pembawa membutuhkan lebih sedikit upaya daripada desain kustom penuh, pendekatan ini juga dapat diterapkan secara efisien untuk seri produk yang lebih kecil, di mana produk standar sebelumnya sering kali merupakan kompromi yang tidak memuaskan tetapi tidak dapat dihindari. Terlebih lagi, konsep modular juga mengurangi biaya peningkatan kinerja secara signifikan. Dibandingkan dengan penggantian penuh sistem rak 1U atau 3U, desain server modular dapat memangkas biaya peningkatan sekitar 50% karena hanya modul yang diganti. Oleh karena itu, pendekatan ini meningkatkan keberlanjutan investasi serta ketersediaan jangka panjang dan ROI dari solusi, karena dapat digunakan lebih lama.
Lebih banyak unit komputasi dalam satu standar
Di samping keunggulan umum dari konsep modular, COM-HPC Server juga menawarkan beberapa penyempurnaan teknis yang sebelumnya tidak tersedia dalam modul dalam formulir ini. Misalnya, standar COM-HPC tidak terbatas pada prosesor x86 tetapi secara eksplisit menyediakan penggunaan prosesor RISC, FPGA, dan unit pemrosesan grafis tujuan umum (GPGPU). Sampel pertama dengan unit komputasi alternatif tersebut ditampilkan di stan PICMG selama Dunia Tertanam.
Jadi, untuk pertama kalinya dimungkinkan untuk mengembangkan dan mengimplementasikan desain server yang heterogen dengan berbagai unit komputasi dan akselerator di dalam satu spesifikasi resmi dan ekosistem standar. Untuk memfasilitasi ini, spesifikasi baru juga mendukung mode budak untuk modul untuk pertama kalinya. OEM mendapat manfaat tidak hanya dari desain yang disederhanakan dan lebih efisien, tetapi juga dapat menggunakan kembali pengetahuan mereka secara lebih efektif.
Lebih banyak ruang untuk performa lebih banyak
Modul COM-HPC Server bertujuan untuk menyediakan aplikasi edge dan fog server dengan daya komputasi kinerja tinggi yang dibutuhkan oleh prosesor server edge tertanam baru yang diperkirakan akan segera diluncurkan oleh produsen semikonduktor. Anggaran daya maksimum yang ditentukan sebesar 300 watt untuk modul COM-HPC Server memberikan indikasi kinerja yang diharapkan, setidaknya dalam jangka menengah. Sebagai perbandingan:COM Express Type 7 Server-on-Module paling kuat saat ini memungkinkan maksimum 100 watt. Skala ini, dengan mempertimbangkan lompatan kinerja yang diprediksi, dan mudah untuk melihat bahwa COM-HPC akan dapat mencakup beban server yang sangat besar di masa mendatang.
Di samping potensi performa tinggi ini, penting untuk mengetahui seberapa banyak ruang yang disediakan modul untuk prosesor atau unit komputasi alternatif. Ini menjadi jelas ketika melihat CPU berkinerja tinggi saat ini dari Intel dan AMD dengan 16 core atau lebih atau FPGA yang kuat, yang dapat berukuran telapak tangan. Bagi mereka, COM-HPC Server menawarkan footprint modul 200 mm x 160 mm (Ukuran E), atau 160 mm x 160 mm (Ukuran D) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Jejak kaki yang relatif besar ini juga menyederhanakan pembuangan panas, menyediakan ruang untuk heat sink yang dapat mendistribusikan limbah panas secara lebih efisien.
klik untuk gambar lebih besar Gambar 1:COM-HPC Server menentukan dua footprint yang berbeda:Ukuran E dengan ruang hingga 8 soket DIMM untuk 1 terabyte RAM saat ini, dan jejak Ukuran D 20% lebih kecil untuk 4 soket DIMM. Sementara COM-HPC Server dan Client menggunakan konektor yang sama dengan 2x 400 pin, mereka diposisikan pada jarak yang berbeda satu sama lain. Ini mencegah kerusakan karena pemasangan jenis modul yang salah secara tidak sengaja (Sumber:congatec).
Kinerja memori lebih banyak
Dengan footprint yang besar ini, modul COM-HPC Server juga memberikan kinerja memori yang lebih banyak. Mereka memiliki cukup ruang untuk modul memori DIMM penuh yang memenuhi bandwidth memori tinggi dan persyaratan ukuran server mikro, tepi, dan kabut. Dalam jejak Ukuran E, mereka dapat menampung hingga 8 soket DIMM untuk memori hingga 1,0 terabyte saat ini. Dalam footprint Ukuran D, mereka dapat meng-host maksimal 4 soket DIMM untuk memori hingga 512 gigabita saat ini.
Kinerja I/O lebih banyak
Untuk koneksi papan operator, COM-HPC Server mendefinisikan 8x 25 GbE, serta 65 jalur PCIe untuk PCI Express Gen 4.0 dan Gen 5.0 (Gambar 2). Salah satu jalur ini dicadangkan untuk komunikasi dengan pengontrol manajemen papan (BMC) opsional pada papan operator, sedangkan 64 jalur PCIe lainnya dapat digunakan untuk menghubungkan periferal.
klik untuk gambar lebih besar Gambar 2:Fitur utama modul COM-HPC Server:Antarmuka berkecepatan tinggi yang luar biasa banyak, bandwidth jaringan yang luar biasa, dan kinerja server tanpa kepala (Sumber:congatec).
Oleh karena itu, COM-HPC Server menawarkan konektivitas yang sangat luas dan kuat, misalnya untuk menghubungkan akselerator komputasi tambahan seperti GPGPU, FPGAS, dan ASICS – misalnya dalam bentuk modul COM-HPC yang cocok – atau media penyimpanan berbasis NVMe. Secara total, desain Server COM-HPC mendapat manfaat dari kinerja I/O hingga 256 Gigabyte/dtk melalui PCIe. 2x 40 Gigabit/dtk lebih lanjut dapat ditambahkan melalui dua antarmuka USB 4.0 pada versi Thunderbolt 3.0, serta 2x 20 Gigabit/dtk melalui dua antarmuka USB 3.2 yang ditentukan. Empat antarmuka USB 2.0 tambahan melengkapi penawaran USB pada modul COM-HPC Server. Selain SATA asli 2x, mereka juga mendukung eSPI, 2xSPI, SMB, 2x I2C, 2xUART, dan 12 GPIO untuk mengintegrasikan periferal sederhana dan antarmuka komunikasi standar, misalnya untuk tujuan layanan. Port Ethernet 10 Gb tambahan menyediakan saluran komunikasi khusus yang dapat digunakan untuk manajemen jarak jauh dan di luar band.
Pengelolaan papan tingkat server yang dioptimalkan
Industri lain yang pertama kali diperkenalkan oleh COM-HPC adalah antarmuka manajemen sistem khusus. Antarmuka ini saat ini sedang dikembangkan di Subkomite Manajemen Jarak Jauh PICMG. Tujuannya adalah untuk membuat bagian dari kumpulan fitur yang ditentukan dalam antarmuka manajemen platform cerdas (IPMI) tersedia untuk manajemen modul server tepi jarak jauh. Serupa dengan fungsi slave, COM-HPC juga akan menyediakan fungsi komunikasi yang diperluas untuk manajemen jarak jauh. Berkat fitur ini, OEM dan pengguna akan dapat memastikan keandalan, ketersediaan, pemeliharaan, dan keamanan (RAM), serangkaian persyaratan umum untuk server. Untuk kebutuhan individu, fungsi ini dapat diperluas melalui pengontrol manajemen papan opsional pada papan pembawa. Ini memberikan OEM dasar yang seragam untuk manajemen jarak jauh yang dapat disesuaikan dengan persyaratan khusus.
Klien COM-HPC – lebih besar, lebih cepat, lebih banyak
Sementara spesifikasi COM-HPC Server berkonsentrasi pada desain server tepi tertanam yang benar-benar baru, tentu saja ada juga sistem tertanam kinerja tinggi "klasik", yang telah memanfaatkan COM Express Tipe 6 hingga sekarang. OEM bertanya-tanya apakah COM-HPC akan membuat desain COM Express yang ada menjadi usang, kapan waktu terbaik untuk beralih ke COM-HPC, dan keuntungan apa yang dimiliki COM-HPC bagi mereka dan pelanggan mereka. Untuk menjawab pertanyaan ini, penting untuk mengetahui secara rinci fungsi mana yang ditawarkan modul COM-HPC Client dan membandingkannya dengan fungsi COM Express.
Tiga ukuran
Dalam banyak hal, kedua standar tersebut memiliki lebih banyak persamaan daripada perbedaan. Seperti COM Express, COM-HPC Client menetapkan tiga ukuran modul:120 mm x 160 mm (Ukuran C), 120 mm x 120 mm (Ukuran B), dan 120 mm x 95 mm (Ukuran A). Ini berarti footprint COM-HPC Client terkecil hampir identik dengan COM Express Basic, yang berukuran 125 mm x 95 mm. Ini saja menunjukkan bahwa COM-HPC Client berada di atas COM Express, menangani aplikasi yang tidak dapat dijangkau dengan COM Express. (Gambar 3).
klik untuk gambar lebih besar Gambar 3:COM Express dan COM-HPC Client mendefinisikan tiga footprint yang berbeda. Namun, dengan COM-HPC terkecil Size A yang hampir identik dengan COM Express Basic, langsung terlihat bahwa COM-HPC diposisikan di atas COM Express (Sumber:congatec).
Lebih banyak kekuatan
Hal ini juga tercermin dari anggaran daya yang didukung sebesar 200 watt, yaitu sekitar tiga kali lipat dari modul COM Express Type 6 yang paling kuat saat ini. Sejauh menyangkut memori, sementara COM-HPC Client dan COM Express keduanya menggunakan SODIMMS atau memori yang disolder, COM-HPC dapat menampung lebih banyak memori dengan hingga 4 soket SODIMM. Namun, dengan COM Express yang sudah mampu mendukung 96 GByte saat ini, COM Express juga memenuhi persyaratan memori yang tinggi.
Antarmuka yang lebih banyak dan lebih cepat
Dari sudut pandang tata letak, perbedaan paling penting antara modul COM Express dan COM-HPC terletak pada konektor, dan jumlah pin sinyal yang menghubungkan modul ke papan pembawa khusus aplikasi seperti yang ditunjukkan Gambar 4.
klik untuk gambar lebih besar Gambar 4:Antarmuka COM-HPC Client dan COM Express Tipe 6 berbeda terutama dalam jumlah jalur PCIe dan bandwidth, antarmuka Ethernet dan port USB, dan dukungan manajemen jarak jauh yang diperluas masih harus ditentukan ( Sumber:congatec).
COM-HPC memanfaatkan konektor baru yang dirancang untuk antarmuka berkecepatan tinggi terbaru dan telah ditentukan untuk kecepatan clock tinggi PCIe 5.0 dan 25 Gb/s. COM Express mendukung PCIe Gen 3.0 dan PCIe 4.0 dalam mode kompatibilitas. Namun tentu saja, prosesor yang disematkan dengan PCIe Gen 4.0 harus tersedia terlebih dahulu. Seperti COM Express, COM-HPC mendukung dua konektor, tetapi masing-masing dengan 400 pin. Jadi dengan total 800 pin sinyal, COM-HPC memiliki pin hampir dua kali lebih banyak dari modul COM Express Type 6 dengan 440 pin. Tak perlu dikatakan, ini juga menyediakan ruang untuk lebih banyak antarmuka.
Modul COM-HPC Client menggunakan ini untuk 49 jalur PCIe ke papan operator, salah satunya lagi ditujukan untuk komunikasi dengan BMC papan operator. Itu dua kali lebih banyak jalur dari yang disediakan COM Express Type 6 dengan maksimum 24 jalur. Dua 25 GbE KR Ethernet dan hingga dua antarmuka BaseT 10 Gb juga disediakan langsung di modul. COM Express Type 6 mendukung 1x 1 GbE, dengan opsi untuk mengimplementasikan antarmuka jaringan lebih lanjut melalui papan operator.
Grafis 4x
Dukungan grafis identik di kedua standar; pada saat yang sama, inilah yang membedakan modul-modul ini dari modul COM Express Server-on-Modules dan modul COM-HPC Server tanpa kepala. Kedua standar mendukung hingga empat layar melalui tiga antarmuka tampilan digital (DDI) dan DisplayPort (eDP) tertanam 1x. Dalam hal antarmuka multimedia, COM-HPC menggunakan SoundWire sebagai pengganti antarmuka HDA yang ditentukan untuk COM Express. SoundWire adalah standar MIPI baru yang hanya membutuhkan dua jalur:clock dan data, dengan kecepatan clock hingga 12.288 MHz. Hingga 4 codec audio dapat dihubungkan secara paralel melalui dua jalur ini, dengan masing-masing codec menerima ID sendiri untuk dianalisis.
Lebih banyak bandwidth USB plus MIPI-CSI
Ditujukan untuk masa depan juga dalam hal standar USB yang didukung, COM-HPC menetapkan empat antarmuka USB 4.0, dilengkapi dengan 4x USB 2.0. Meskipun ini berarti bahwa modul COM-HPC Client menawarkan empat port USB kurang dari modul COM Express Type 6, yang menjalankan hingga 4x USB 3.1 dan 8x USB 2.0, ini dikompensasikan dengan lebih banyak bandwidth, karena USB 4.0 dirancang untuk kecepatan transfer hingga hingga 40 Gbit/dtk. Fitur menarik lainnya dari modul COM-HPC Client adalah modul tersebut menyediakan dua antarmuka MIPI-CSI, memungkinkan koneksi kamera hemat biaya untuk kesadaran situasional dan robotika kolaboratif.
COM-HPC Client selanjutnya menawarkan 2x antarmuka SATA untuk menghubungkan SSD dan HDD tradisional, yang hampir merupakan perangkat lama saat ini, ditambah antarmuka industri seperti 2x UART dan 12x GPIO. 2x I2C, SPI dan eSPI melengkapi set fitur. Semua fitur ini sebanding dengan modul COM Express Tipe 6, yang berbeda dengan COM-HPC yang menawarkan bus CAN opsional melalui konektor sebagai fitur unik.
Dilihat dari perbedaannya, OEM dengan desain berbasis COM Express dapat yakin bahwa mereka akan dilayani dengan baik dengan COM Express selama bertahun-tahun yang akan datang. Ini juga karena COM-HPC tidak memperkenalkan bus sistem baru – tidak seperti sakelar dari ISA ke PCI dan dari PCI ke PCI Express. Perlu juga diingat bahwa modul COM Express tidak menggantikan ETX sebagai modul terlaris hingga tahun 2012 – 11 tahun setelah pengenalan ETX. Dan modul ETX masih dijual sampai sekarang. Karena generasi PCIe kompatibel dengan pendahulunya, desain dengan PCIe Gen 3.0 akan tetap digunakan untuk waktu yang lama, bahkan setelah PCIe Gen 4.0 diperkenalkan di semua tingkat prosesor. Jadi, selama spesifikasi antarmuka yang diberikan memadai, sama sekali tidak perlu diubah.
Namun, jika Anda membutuhkan lebih dari 32 jalur PCIe, atau Anda memerlukan PCIe 4.0 dalam bandwidth penuh, USB 4.0 multiple 25 Gbit/s Ethernet dan/atau fitur manajemen jarak jauh yang canggih, ada baiknya beralih. Jika tidak, tetap berpegang pada moto 'jangan pernah mengubah sistem yang sedang berjalan'.
