Die Anforderungen auf Serverebene von High-End-Computeranwendungen am Rande werden mit den neuesten COM-HPC-Modulen erfüllt. In diesem Blog untersuchen wir, was, wie, warum und wie wir anfangen.

Die vierte industrielle Revolution - Industrie 4.0 - bezieht sich auf die fortlaufende Automatisierung traditioneller Fertigungs- und Industriepraktiken unter Verwendung moderner intelligenter Technologien. In Verbindung mit der Entwicklung des industriellen Internet der Dinge (IIoT) hat das schnelle Wachstum von Industrie 4.0 zu einer Explosion von Daten geführt, die von Sensoren und Aktoren ausgehen. 

In jüngerer Zeit haben die Rechenanforderungen von Industrie 4.0 und IIoT aufgrund zusätzlicher Technologietreiber wie künstlicher Intelligenz (KI), maschinellem Lernen (ML) und 5G-Anwendungen ein noch steileres Wachstum erfahren. 

Der Begriff Rand bezieht sich auf die Grenze, an der das Internet auf die reale Welt trifft. Eingebettete Systeme am Rande verzeichnen derzeit ein exponentielles Wachstum hinsichtlich ihrer Anforderungen an Rechenleistung und Leistung. Um sowohl die Latenz als auch die Kommunikationskosten zu minimieren, müssen diese Daten an der Quelle verarbeitet werden, um verwertbare Informationen nahezu in Echtzeit bereitzustellen. Der Begriff Edge-Computing bezieht sich auf den Vorgang, bei dem dies durchgeführt wird Verarbeitung am Rande. 

Über ihren Wunsch nach mehr Rechenleistung hinaus möchten Systementwickler und Endbenutzer ihre Systeme auch zukunftssicher machen. Dies hat viele Aspekte, z. B. den Zugang zu alternativen Anbietern, falls ein bestehender Anbieter den Markt verlässt. Außerdem muss es möglich sein, Systeme mit erweiterten Funktionen zu aktualisieren, um die Anforderungen zukünftiger Anwendungen zu erfüllen. 

Hochleistungs-Computing (HPC) COMs & Edge Computing 

Einige COMs sind proprietär, während andere auf Industriestandards basieren. Bei Systementwicklern und Endbenutzern, die ihre Systeme zukunftssicher machen möchten, ist es am besten, einen Industriestandard zu verwenden, der von vielen COM-Anbietern unterstützt wird. 

1994 gegründet, PICMG ist das herausragende Gremium für COM-Standards. Dies ist ein gemeinnütziges Konsortium von Unternehmen und Organisationen, die gemeinsam offene Standards für Hochleistungs-Telekommunikations-, Industrie-, Test- und Mess-, Medizin-, Edge- und Allzweck-Embedded-Computing-Anwendungen entwickeln. 

Das Design von COMs umfasst eine breite Palette technischer Disziplinen, darunter Design und Analyse von Hochgeschwindigkeitssignalen, Energieverwaltung, Netzwerkkompetenz, Wärmemanagement, mechanisches Design, Hochverfügbarkeitssoftware und umfassendes Systemmanagement. Alle diese Disziplinen werden von PICMG vertreten, zu der über 140 Mitgliedsunternehmen gehören, von denen ADLINK ein exekutives Mitglied ist. 

HPC steht für "High-Performance Computing". PICMG befindet sich jetzt in der Endphase der Entwicklung seiner neuen COM-HPC-Spezifikation für Computer auf Modul, die den Anforderungen des High-End-Marktes für industrielle Edge-Computing gerecht wird. 

Der exponentiell wachsende Edge-Computing-Markt erfordert eine höhere Leistung und größere Mengen an Systemspeicher. Die in High-End-Edge-Systemen verwendeten eingebetteten Prozessoren können 20 oder mehr Kerne haben. Die Kombination aus mehreren Prozessorkernen und Virtualisierung bedeutet, dass einige Systeme mindestens 256 Gigabyte (GB) Speicher benötigen. Eine weitere Überlegung ist, dass viele Anwendungen extrem hohe Datenbandbreiten erfordern, die bis zu 100 Gigabit pro Sekunde (Gbit / s) betragen können. Die COM-HPC-Spezifikation erfüllt alle diese High-End-Anforderungen.  

Märkte und Anwendungen für COM-HPC  

COM-HPC-Module erfüllen die Anforderungen einer Vielzahl von Märkten und Anwendungsbereichen, die verschiedene Kombinationen von Hochleistungs- und / oder Hochspeicher- und / oder Hochgeschwindigkeitsschnittstellen erfordern. Dazu gehören unter anderem autonome Fahrzeuge, Robotik, unbemannte Luftfahrzeuge und 5G-Kommunikation (kleine Zellen, Basisstationen und Infrastruktur). 

Es gibt eine Reihe großer Treiber für COM-HPC, nicht zuletzt die Aufgabenkonsolidierung. Betrachten Sie beispielsweise die heutigen Züge, bei denen mehrere IT-basierte Dienste Aufgaben wie Reservierungsverwaltung, WLAN an Bord und Videoüberwachung übernehmen können. Diese Dienste werden in der Regel von verschiedenen Unternehmen in verschiedenen „Kisten“ angeboten, die über den gesamten Zug verteilt sind. Durch die Konsolidierung all dieser Aufgaben in einer einzigen COM-HPC-Box, in der jede Aufgabe auf einer eigenen virtuellen Maschine auf einem eigenen Verarbeitungskern mit Zugriff auf mehrere zehn Gigabyte Speicher ausgeführt wird, werden die Bereitstellungs- und Wartungskosten und -ressourcen erheblich reduziert. 

Ein weiterer wichtiger Treiber ist die künstliche Intelligenz. Es wird nicht lange dauern, bis jedes Robotergerät, einschließlich stationärer Roboter, mobiler Roboter und kollaborativer Roboter oder Cobots - dh Roboter, die kollaborativ und in unmittelbarer Nähe zu ihren menschlichen Kollegen interagieren - mit hoch entwickelten KI-Fähigkeiten ausgestattet wird. Ebenso wird es nicht lange dauern, bis alles, was fahren, fliegen oder schweben kann, einen KI-Copiloten haben oder vollständig autonom sein wird. Selbst schwer zu erwerbende Fähigkeiten, die in der Vergangenheit von Menschen dominiert wurden (z. B. Chirurgie), werden bald durch KI erweitert. 

Ein weiterer Treiber sind robuste und / oder spezielle Kommunikationsgeräte, die häufig in rauen Umgebungen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind 5G-Basisstationen, Paketinspektionssysteme und Front-Running-Handelssysteme. Dies sind alles Anwendungen, die keine Standardlösungen verwenden können und für die COM-HPC-Module ideal geeignet sind. 

Abmessungen und Hochgeschwindigkeitsanschlüsse 

Die COM-HPC-Spezifikation definiert derzeit fünf verschiedene Optionen in Form von zwei Servermodulen und drei Clientmodulen. Das größte der Servermodule bietet acht integrierte DIMM-Sockel, die bis zu 512 GB Speicher unterstützen (dies sind die vertikal ausgerichteten Sockel in den folgenden Abbildungen). 

Zusätzlich zu den DIMM-Buchsen ist jedes COM-HPC-Modul mit zwei neuen 400-poligen Hochgeschwindigkeitssteckern mit hoher Dichte (die horizontal ausgerichteten Steckverbinder in der Abbildung oben) ausgestattet, was 800 Pins pro Modul ergibt. 

Pinbelegung Übersicht für COM-HPC Server  

In Bezug auf die oben diskutierten neuen Hochgeschwindigkeits-COM-HPC-Steckverbinder mit hoher Dichte fallen mehrere Punkte auf. Beispielsweise ist der Stromeingang eine einzelne 12-Volt-Versorgung, die bis zu 358 Watt Leistung liefern kann. Dies ist mehr als ausreichend, um High-End-CPUs mit 20 oder mehr Kernen, 512 GB Speicher und anderen Komponenten anzutreiben. 

In Bezug auf die PCIe (GEN5) -Schnittstellen gibt es insgesamt 64 Spuren mit 1 × 16 = 16 Spuren am J1-Anschluss und 3 × 16 = 48x Spuren am J2-Anschluss. Am J1-Anschluss befindet sich eine zusätzliche 1x PCIe-Spur für die Steuerung der Kartenverwaltung (mehr dazu weiter unten). Darüber hinaus gibt es 8x USB 2.0, 2x USB 3.X und 2x USB 4.0; zusammen mit 1x 1GbE- und 8x 10GbE-Anschlüssen. 

Die Entwickler vieler Hochleistungssysteme werden auch interessiert sein zu hören, dass COM-HPC-Servermodule den Intelligent Platform Management Bus (IPMB) und das Intelligent Platform Management Interface (IPMI) unterstützen. Hierbei handelt es sich um eine Reihe von Computerschnittstellenspezifikationen für ein autonomes Computersubsystem, das Verwaltungs- und Überwachungsfunktionen unabhängig von der CPU, Firmware und dem Betriebssystem des Hostsystems bereitstellt. 

Der Preis-Leistungs-Sweetspot für das Gedächtnis  

Es ist nicht überraschend, dass in Bezug auf die speicherhungrigen Märkte, für die COM-HPC bestimmt ist, die Kosten für den Speicher für Architekten und Entwickler eingebetteter Systeme eine wichtige Rolle spielen. 

Durch den Einsatz der DIMM-Technologie erhöht der COM-HPC-Servertyp nicht nur die insgesamt mögliche Speicherkapazität, sondern ermöglicht auch den besten Preis pro GB. Zum Zeitpunkt dieses Schreibens beträgt der Sweet Spot für die Preiskapazität 32 GB, was bedeutet, dass Benutzer 8 × 32 GB = 256 GB bei der besten Preiskapazität auf dem Markt genießen können. 

Bei Anwendungen, die noch mehr Speicher benötigen, können Entwickler dies mit 8 × 64 GB = 512 GB erreichen. Obwohl dies derzeit mit einem Preisnachteil von 5% verbunden ist, wird erwartet, dass der Sweet Spot für die Preiskapazität in nicht allzu ferner Zukunft auf 64 GB migriert wird. 

Ausgefeilte Remoteverwaltungsfunktionen 

Viele der frühen COM-Module unterstützten eine eingeschränkte Form der Verwaltungssteuerung mithilfe einer Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) namens EAPI. Dies konzentrierte sich jedoch in der Regel nur auf eingebettete Verwaltungsfunktionen auf niedrigerer Ebene, die nicht über Treiber abstrahiert werden, z. B. Watchdogs, Steuerelemente für Anzeigehelligkeit und Hintergrundbeleuchtung, Logistik, EEPROM-Speicher und I2C / SMBus-Steuerung. 

EAPI wird weiterhin sowohl von Client- als auch von Server-COM-HPC-Modulen unterstützt. Darüber hinaus unterstützt der COM-HPC-Servertyp aufgrund seiner netzwerkzentrierten Natur auch volles IPMI oder seine Open-Source-Variante Open BMC. 

Eine typische Implementierung von IPMI in Kombination mit einem modularen Formfaktor ist in der obigen Abbildung dargestellt. Obwohl diese Abbildung nur ein einziges COM-HPC-Modul widerspiegelt, können mehrere Module von einem einzigen BMC auf dem Träger gesteuert werden. 

Die Zukunft ist näher als Sie denken! 

ADLINK ist ein führendes Mitglied des PICMG-Konsortiums. Als Teil davon spielen wir eine große Rolle bei der Definition des COM-HPC-Standards und fühlen uns geehrt, an der Spitze der COM-HPC-Entwicklung zu stehen. 

Wie unten gezeigt, hat unser Proof-of-Concept-COM-HPC-Modul die Größe E (160 mm x 200 mm), verfügt über einen Server-Funktionsumfang und bietet bis zu 16 Rechenkerne auf einer 110-W-Plattform mit mehreren DIMMs. 

Beachten Sie, dass ein Wärmeverteiler oben auf dem Modul montiert ist, um einem externen Kühlgerät Wärme zu entziehen. Für Unternehmen, die ihre eigenen entwickeln möchten COM-HPC-Module und TrägerplatinenJe nach Bedarf können wir Konstruktionsprüfungen oder Konstruktionsdienstleistungen anbieten. Hier bei ADLINK können wir auch Software-, Firmware- und BIOS-Anpassungsdienste anbieten, um den spezifischen Anforderungen der Kunden gerecht zu werden. Kunden können lokale und globale Netzwerke von ADLINK-Support-Centern in allen wichtigen geografischen Regionen nutzen. 

Unsere COM-HPC-Lösungen basieren auf erstklassiger Produktions- und Fertigungslogistik und lebenslanger Produktstabilität und bieten langfristige Verfügbarkeit. Die Kombination aus längerem Temperaturbetrieb, mechanischer Robustheit und hochbeschleunigter Lebensdauerprüfung (HALT) bedeutet, dass die COM-HPC-Lösungen von ADLINK eine hohe Zuverlässigkeit bieten. Die Möglichkeit, Hardware- und Firmware-Anpassungsdienste für bestimmte Kundenanwendungen bereitzustellen, bedeutet auch, dass die COM-HPC-Lösungen von ADLINK ein hohes Maß an Flexibilität bieten. 

In Kürze werden COM-HPC-Servermodule an unzähligen Standorten und in verschiedenen Umgebungen eingesetzt, um eine Vielzahl von Anwendungen auszuführen, die unser Leben verbessern sollen. ADLINK wird weiterhin an der Spitze dieser aufregenden Technologie stehen. 

Weitere Informationen zu ADLINK COM-HPC-Modulen finden Sie unter: https://www.adlinktech.com/en/COM-HPC