COM-HPC: Standar Terbuka Generasi Berikutnya untuk Sistem Terpadu Modular

Komputasi terpadu siap mengadopsi COM-HPC, standar terbuka generasi berikutnya untuk desain sistem modular. Karena arsitekturnya yang rumit dan sering disalahpahami, panduan yang jelas sangat diperlukan.

Pemangku kepentingan melihat COM-HPC melalui dua lensa. Komunitas server edge terpadu melihatnya sebagai platform untuk beban kerja yang berkinerja tinggi dan tangguh, sementara pengguna COM Express yang ada berfokus pada modul klien dan evolusinya. Mereka mempertanyakan apakah harus beralih sekarang dan manfaat konkret apa yang disediakan standar baru.

Platform terbuka untuk server terpadu

Sejarah singkat standar Computer-on-Module berkinerja tinggi

Tahun Detail

2001 Pendirian ETX-IG dan peluncuran standar modul pertama yang independen dari produsen

2005 PICMG menerbitkan spesifikasi COM Express 1.0

2010 Spesifikasi COM Express 2.0

2012 Penjualan modul COM Express melebihi ETX

2012 Spesifikasi COM Express 2.1

2018 Pendirian Komite PICMG COM-HPC

2019 Rilis pinout COM-HPC

2020 Peluncuran spesifikasi COM-HPC

Karena standar Computer-on-Module (CoM) adalah terbuka dan agnostik vendor, produk yang dibangun di atasnya memiliki siklus hidup multi-decade. OEM masih dapat memesan modul ETX lama hingga hari ini, dan standar berbasis PCIe menjanjikan relevansi yang lebih lama melalui kompatibilitas mundur.

COM-HPC Server adalah standar terbuka pertama untuk desain server rack- dan box-terpadu modular dalam lingkungan yang keras. Dalam lanskap server klasik saat ini, modul prosesor siap aplikasi masih jarang digunakan, namun mereka membuka keuntungan signifikan.

Dengan menyediakan prosesor, memori, dan antarmuka kecepatan tinggi dalam satu modul yang terstandarisasi, desainer dapat fokus pada penyesuaian papan carrier untuk persyaratan ukuran dan I/O yang tepat. Pendekatan ini menyederhanakan waktu desain, memungkinkan waktu masuk pasar yang cepat, dan mengurangi biaya produksi—terutama untuk produk batch kecil di mana desain custom penuh akan melarang biaya.

Karena hanya modul yang ditukar selama upgrade, biaya dapat dikurangi sekitar 50% dibandingkan dengan penggantian penuh sistem rack 1U atau 3U. Hasilnya adalah investasi yang lebih berkelanjutan dan pengembalian investasi yang diperpanjang selama siklus hidup produk.

Di luar manfaat umum, COM-HPC Server memperkenalkan refinemen teknis yang sebelumnya tidak tersedia dalam bentuk faktor ini. Spesifikasi tidak terbatas pada CPU x86; ini secara eksplisit mendukung prosesor RISC, FPGA, dan GPGPU. Sampel pertama dengan unit komputasi alternatif ini dipamerkan di Embedded World 2023.

Pertama kalinya, OEM dapat merancang arsitektur server heterogen yang menggabungkan beberapa tipe komputasi dan akselerator dalam satu ekosistem yang resmi ditentukan. Spesifikasi juga mendefinisikan mode slave untuk modul, yang memberikan fleksibilitas lebih besar bagi desainer untuk mengintegrasikan komponen lama.

Modul COM-HPC Server menargetkan server edge dan fog yang menuntut daya komputasi tinggi dari prosesor mendatang. Dengan anggaran daya maksimum 300 W, standar ini menjanjikan tingkat performa jauh di luar modul COM Express Type 7 yang terbatas 100 W saat ini. Digabungkan dengan loncatan performa yang diantisipasi dari prosesor generasi berikutnya, COM-HPC siap menangani beban server yang besar.

Footprint besar menyederhanakan pendinginan dan memungkinkan penggunaan CPU atau FPGA yang kuat. COM-HPC Server menawarkan dua footprint: Ukuran E (200 mm × 160 mm) dengan hingga delapan soket DIMM untuk 1 TB RAM, dan Ukuran D (160 mm × 160 mm) dengan empat soket DIMM untuk 512 GB. Gambar di bawah ini menggambarkan dua ukuran tersebut.

klik untuk gambar lebih besar

Gambar 1: COM-HPC Server menentukan dua footprint—Ukuran E dengan hingga delapan soket DIMM untuk 1 GB memori, dan Ukuran D dengan empat soket untuk 512 GB. Tata letak konektor berbeda untuk mencegah pemasangan salah (Sumber: congatec).

Footprint yang diperbesar memungkinkan modul DIMM penuh, menyediakan bandwidth dan kapasitas yang diperlukan untuk server mikro, edge, dan fog. Ukuran E mendukung hingga 8 DIMM (≈ 1 TB), sementara Ukuran D mendukung hingga 4 DIMM (≈ 512 GB).

COM-HPC Server mendefinisikan 8 × 25 GbE port dan 65 jalur PCIe (Gen 4.0/5.0). Satu jalur disediakan untuk pengontrol manajemen papan opsional; sisa 64 jalur melayani periferal, memungkinkan throughput I/O hingga 256 GB/s.

Dengan matriks I/O yang luas, COM-HPC Server dapat men-host akselerator—GPGPU, FPGA, ASIC—serta penyimpanan NVMe. Dua port USB 4.0 (40 Gb/s) pada antarmuka Thunderbolt 3.0 dan dua port USB 3.2 (20 Gb/s) melengkapi jalur PCIe, sementara antarmuka USB 2.0, SATA, eSPI, SPI, SMB, I²C, UART, dan GPIO tambahan melengkapi fitur. Port 10 GbE terdedikasi mendukung manajemen jarak jauh.

COM-HPC memperkenalkan antarmuka manajemen sistem terdedikasi, yang sedang dikembangkan oleh Subkomite Manajemen Jarak Jauh PICMG. Ini membawa fitur turunan IPMI untuk manajemen modul server edge jarak jauh, termasuk keandalan, ketersediaan, pemeliharaan, dan keselamatan (RAMS). OEM dapat memperluas fungsionalitas melalui pengontrol manajemen papan opsional pada papan carrier.

COM-HPC Klien – Lebih Besar, Lebih Cepat, Lebih Banyak

Sementara COM-HPC Server menargetkan desain server edge terpadu baru, sistem terpadu berkinerja tinggi “klasik”—secara historis berbasis COM Express Type 6—masih mendominasi banyak pasar. OEM secara alami bertanya apakah COM-HPC akan membuat desain mereka usang, kapan harus beralih, dan manfaat apa yang dapat mereka harapkan untuk pelanggan.

Tiga Ukuran

Kedua standar menentukan tiga ukuran modul. COM-HPC Klien menggunakan 120 mm × 160 mm (Ukuran C), 120 mm × 120 mm (Ukuran B), dan 120 mm × 95 mm (Ukuran A). Footprint terkecil hampir identik dengan COM Express Basic (125 mm × 95 mm), menunjukkan bahwa COM-HPC berada di atas COM Express dan menargetkan aplikasi di luar jangkauannya.

klik untuk gambar lebih besar

Gambar 3: COM Express dan COM-HPC Klien berbagi tiga footprint; Ukuran A COM-HPC terkecil hampir identik dengan COM Express Basic, menggambarkan posisi yang lebih tinggi COM-HPC (Sumber: congatec).

Daya Lebih Banyak

Spesifikasi memungkinkan anggaran daya 200 W—sekitar tiga kali lipat batas modul COM Express Type 6 terkuat saat ini. Kedua standar mendukung memori SODIMM atau terpasang; COM-HPC Klien dapat men-host hingga empat soket SODIMM, memungkinkan kapasitas memori yang lebih besar sementara COM Express sudah mendukung hingga 96 GB.

Antarmuka Lebih Banyak dan Lebih Cepat

Perbedaan utama antara kedua standar terletak pada konektor dan jumlah pin. COM-HPC Klien memperkenalkan konektor 400-pin (dua konektor untuk total 800 pin), hampir dua kali 440 pin COM Express Type 6. Jumlah pin tambahan ini menampung lebih banyak jalur PCIe, Ethernet kecepatan tinggi, dan port USB tambahan.

COM-HPC Klien menawarkan 49 jalur PCIe ke papan carrier—dua kali 24 jalur yang tersedia di COM Express Type 6—sementara satu jalur disediakan untuk pengontrol manajemen papan. Dua port Ethernet KR 25 GbE dan hingga dua port 10 Gb Base-T terintegrasi langsung pada modul. Sebaliknya, COM Express Type 6 menyediakan satu port 1 GbE dengan antarmuka tambahan opsional pada papan carrier.

Grafis dan Audio

Kedua standar mendukung hingga empat layar melalui tiga port DDI dan satu DisplayPort tersemat. COM-HPC mengganti antarmuka audio HDA dengan SoundWire, standar berbasis MIPI yang hanya memerlukan dua jalur (jam dan data) dan mendukung hingga empat codec audio.

Bandwidth USB dan MIPI-CSI

COM-HPC Klien menyediakan empat port USB 4.0 (40 Gb/s) dan empat port USB 2.0, menawarkan bandwidth agregat yang lebih tinggi daripada 4 × USB 3.1 dan 8 × USB 2.0 COM Express Type 6. Ini juga menambahkan dua antarmuka MIPI-CSI untuk konektivitas kamera dengan biaya rendah, berguna untuk kesadaran situasional dan robotika kolaboratif.

Antarmuka lain mencerminkan COM Express: dua port SATA, 2 × UART, 12 × GPIO, 2 × I²C, 2 × SPI, dan eSPI. COM Express menyediakan CAN bus opsional pada konektor, fitur yang tidak ada di COM-HPC.

klik untuk gambar lebih besar

Gambar 4: Antarmuka COM-HPC Klien dan COM Express Type 6 berbeda terutama dalam jumlah jalur PCIe, port Ethernet, port USB, dan dukungan manajemen jarak jauh yang belum ditentukan (Sumber: congatec).

OEM yang menggunakan COM Express dapat yakin bahwa standar akan tetap viable selama bertahun-tahun. Generasi PCIE kompatibel mundur, dan desain yang didasarkan pada Gen 3.0 akan tetap dapat digunakan lama setelah Gen 4.0 tiba. Jika spesifikasi antarmuka saat ini memenuhi kebutuhan Anda, tidak ada urgensi untuk bermigrasi.

Jika aplikasi Anda menuntut lebih dari 32 jalur PCIe, bandwidth penuh PCIe 4.0, beberapa port Ethernet 25 Gb/s, atau fitur manajemen jarak jauh canggih, COM-HPC adalah pilihan yang logis. Sebaliknya, peribahasa “jangan mengubah sistem yang berjalan” tetap berlaku.