Module COM-HPC

L'informatique de pointe haut de gamme exige la puissance de calcul au niveau du serveur de COM-HPC

Les exigences de niveau serveur des applications informatiques haut de gamme à la périphérie sont satisfaites avec les derniers modules COM-HPC. Dans ce blog, nous explorons quoi, comment, pourquoi et comment commencer.

La quatrième révolution industrielle - Industrie 4.0 - fait référence à l'automatisation continue de la fabrication traditionnelle et des pratiques industrielles à l'aide de technologies intelligentes modernes. Associée à l'évolution de l'Internet des objets industriel (IIoT), la croissance rapide de l'Industrie 4.0 s'est traduite par une explosion de données émanant de capteurs et d'actionneurs. 

Plus récemment, les demandes informatiques de l'industrie 4.0 et de l'IIoT ont commencé à connaître une croissance encore plus forte en raison de moteurs technologiques supplémentaires, tels que l'intelligence artificielle (IA), l'apprentissage automatique (ML) et les applications 5G. 

Le terme bord, fait référence à la frontière où Internet rencontre le monde réel. Les systèmes embarqués à la périphérie connaissent actuellement une croissance exponentielle en ce qui concerne leurs besoins en puissance de calcul et en performances. Afin de minimiser à la fois les coûts de latence et de communication, ces données doivent être traitées à la source pour fournir des informations exploitables en temps quasi réel. Le terme Edge Computing, fait référence à l'acte d'exécuter ce traitement en bordure

Au-delà de leur désir d'une capacité de calcul accrue, les concepteurs de systèmes et les utilisateurs finaux souhaitent également pérenniser leurs systèmes. Il y a de nombreux aspects à cela, comme avoir accès à des fournisseurs alternatifs si un fournisseur existant quitte le marché. En outre, il est nécessaire de pouvoir mettre à niveau les systèmes avec des capacités améliorées pour répondre aux exigences des futures applications. 

COM et Edge Computing pour le calcul haute performance (HPC) 

Certains COM sont propriétaires, tandis que d'autres sont basés sur les normes de l'industrie. Dans le cas des concepteurs de systèmes et des utilisateurs finaux qui souhaitent pérenniser leurs systèmes, la meilleure option consiste à utiliser une norme industrielle prise en charge par de nombreux fournisseurs COM. 

Fondée en 1994, PICMG est le principal organisme de normalisation COM. Il s'agit d'un consortium à but non lucratif d'entreprises et d'organisations qui développent en collaboration des normes ouvertes pour les applications informatiques embarquées haute performance, industrielles, de test et mesure, médicales, de périphérie et à usage général. 

La conception des COM implique un large éventail de disciplines techniques, y compris la conception et l'analyse de la signalisation à très haute vitesse, la gestion de l'alimentation, l'expertise en réseau, la gestion thermique, la conception mécanique, les logiciels à haute disponibilité et la gestion complète du système. Toutes ces disciplines sont représentées par PICMG, qui compte plus de 140 sociétés membres, dont ADLINK est un membre exécutif. 

HPC signifie «High-Performance Computing». PICMG entre maintenant dans les dernières étapes du développement de sa nouvelle spécification d'ordinateur sur module COM-HPC, qui répondra aux besoins du haut de gamme du marché de l'informatique de pointe industrielle. 

Le marché de l'informatique de pointe en croissance exponentielle exige des performances plus élevées et de plus grandes quantités de mémoire système. Les processeurs intégrés utilisés dans les systèmes de périphérie haut de gamme peuvent avoir 20 cœurs ou plus, et la combinaison de plusieurs cœurs de traitement et de la virtualisation signifie que certains systèmes nécessitent 256 gigaoctets (Go) de mémoire, ou plus. Une autre considération est que de nombreuses applications exigent des bandes passantes de données extrêmement élevées, pouvant aller jusqu'à 100 gigabits par seconde (Gbit / s). La spécification COM-HPC répond à toutes ces exigences haut de gamme.  

Marchés et applications pour COM-HPC  

Les modules COM-HPC répondent aux besoins d'un large éventail de marchés et de domaines d'application qui nécessitent diverses combinaisons d'interfaces hautes performances et / ou haute mémoire et / ou haute vitesse. Ceux-ci incluent, mais sans s'y limiter, les véhicules autonomes, la robotique, les véhicules aériens sans pilote et les communications 5G (petites cellules, stations de base et infrastructure). 

Figure 1: Les modules COM-HPC s'adressent à un large éventail de marchés et d'applications
Figure 1: Les modules COM-HPC s'adressent à un large éventail de marchés et d'applications 

Il existe un certain nombre de grands pilotes pour COM-HPC, dont le moindre n'est pas la consolidation des tâches. Prenons l'exemple des trains d'aujourd'hui, qui peuvent impliquer plusieurs services informatiques traitant des tâches telles que la gestion des réservations, le Wi-Fi à bord et la vidéosurveillance. Ces services sont généralement fournis par différentes entreprises dans différentes «boîtes» qui sont dispersées dans le train. La consolidation de toutes ces tâches dans une seule «boîte» COM-HPC - chaque tâche s'exécutant sur sa propre machine virtuelle sur son propre cœur de traitement avec accès à des dizaines de gigaoctets de mémoire - réduira considérablement les coûts et les ressources de déploiement et de maintenance. 

L'intelligence artificielle est un autre moteur majeur. Il ne faudra pas longtemps avant que tous les appareils robotiques, y compris les robots stationnaires, les robots mobiles et les robots collaboratifs, ou cobots - c'est-à-dire les robots qui interagissent de manière collaborative et à proximité de leurs collègues humains - seront équipés de capacités d'IA sophistiquées. De même, il ne faudra pas longtemps avant que tout ce qui peut conduire, voler ou flotter ait un copilote IA ou soit totalement autonome. Même les compétences difficiles à acquérir qui ont été historiquement dominées par les humains (la chirurgie, par exemple) seront bientôt renforcées par l'IA. 

Les dispositifs de communication robustes et / ou spéciaux qui sont souvent déployés dans des environnements difficiles constituent un autre facteur déterminant. Les exemples incluent les stations de base 5G, les systèmes d'inspection de paquets et les systèmes de trading frontaux. Ce sont toutes des applications qui ne peuvent pas utiliser de solutions standard et pour lesquelles les modules COM-HPC sont parfaitement adaptés. 

Dimensions et connecteurs haute vitesse 

La spécification COM-HPC définit actuellement cinq options différentes sous la forme de deux modules serveur et de trois modules client. Le plus grand des modules de serveur offre huit sockets DIMM intégrés prenant en charge jusqu'à 512 Go de mémoire (ce sont les sockets orientés verticalement dans les images ci-dessous). 

Figure 2: Nouvelles tailles de module COM-HPC
Figure 2: Nouvelles tailles de module COM-HPC

En plus de leurs sockets DIMM, chaque module COM-HPC est équipé de deux nouveaux connecteurs haute vitesse et haute densité à 400 broches (les connecteurs orientés horizontalement dans l'image ci-dessus), ce qui donne 800 broches par module. 

Figure 3: COM-HPC utilise un nouveau type de connecteur.

Présentation du brochage du serveur COM-HPC  

Plusieurs points ressortent des nouveaux connecteurs COM-HPC haute vitesse et haute densité décrits ci-dessus. Par exemple, l'entrée d'alimentation est une alimentation unique de 12 volts pouvant fournir jusqu'à 358 watts de puissance, ce qui est plus que suffisant pour piloter des processeurs haut de gamme avec 20 cœurs ou plus, 512 Go de mémoire et tout autre composant. 

Figure 4: Brochage du serveur COM-HPC

En ce qui concerne les interfaces PCIe (GEN5), il y a 64 voies au total, avec 1 × 16 = 16 voies sur le connecteur J1 et 3 × 16 = 48x voies sur le connecteur J2. Une voie PCIe 1x supplémentaire est fournie sur le connecteur J1 pour le contrôle de la gestion de la carte (plus d'informations ci-dessous). De plus, il y a 8x USB 2.0, 2x USB 3.X et 2x USB 4.0; avec 1x 1GbE et 8x 10GbE connecteurs. 

Les développeurs de nombreux systèmes hautes performances seront également intéressés d'apprendre que les modules de serveur COM-HPC prennent en charge le bus de gestion de plate-forme intelligente (IPMB) et l'interface de gestion de plate-forme intelligente (IPMI). Il s'agit d'un ensemble de spécifications d'interface informatique pour un sous-système informatique autonome qui fournit des capacités de gestion et de surveillance indépendamment du processeur, du micrologiciel et du système d'exploitation du système hôte. 

Le sweet spot prix-capacité pour la mémoire  

Il n'est pas surprenant que, s'agissant des marchés gourmands en mémoire pour lesquels COM-HPC est ciblé, le coût de la mémoire est une considération majeure pour les architectes et développeurs de systèmes embarqués. 

En utilisant la technologie DIMM, le type de serveur COM-HPC augmente non seulement la capacité totale de mémoire possible, mais facilite également le meilleur prix par Go. Au moment d'écrire ces lignes, le point idéal pour la capacité de prix est de 32 Go, ce qui signifie que les utilisateurs peuvent profiter de 8 × 32 Go = 256 Go à la meilleure capacité de prix du marché. 

Dans le cas des applications nécessitant encore plus de mémoire, les développeurs peuvent y parvenir en utilisant 8 × 64 Go = 512 Go. Bien que cela présente actuellement un désavantage de prix de 5%, on s'attend à ce que le point idéal pour la capacité de prix migre vers 64 Go dans un avenir pas si lointain. 

Capacités de gestion à distance sophistiquées 

La plupart des premiers modules COM prenaient en charge une forme limitée de contrôle de gestion au moyen d'une interface de programmation d'application (API) appelée EAPI. Cependant, cela se concentre généralement uniquement sur les fonctions de gestion intégrées de niveau inférieur qui ne sont pas extraites par les pilotes, telles que les chiens de garde, les contrôles de luminosité et de rétroéclairage de l'écran, la logistique, le stockage EEPROM et le contrôle I2C / SMBus. 

EAPI continuera à être pris en charge par les modules COM-HPC client et serveur. En outre, le type de serveur COM-HPC prendra également en charge IPMI complet ou sa variante open source, Open BMC, en raison de sa nature centrée sur le réseau. 

Figure 5: Scénario de contrôle de gestion hors bande typique 

Une implémentation typique d'IPMI en combinaison avec un facteur de forme modulaire est illustrée dans le diagramme ci-dessus. Bien que cette illustration ne reflète qu'un seul module COM-HPC, plusieurs modules peuvent être contrôlés par un seul BMC sur le support. 

L'avenir est plus proche que vous ne le pensez! 

ADLINK est l'un des principaux membres du consortium PICMG. Dans ce cadre, nous jouons un rôle important dans la définition de la norme COM-HPC et nous sommes honorés d'être à la pointe du développement COM-HPC. 

Comme indiqué ci-dessous, notre module COM-HPC de preuve de concept est de taille E (160 mm x 200 mm), dispose d'un ensemble de fonctionnalités de type serveur et fournit jusqu'à 16 cœurs de calcul sur une plate-forme de 110 W avec plusieurs modules DIMM. 

Un module serveur COM-HPC de preuve de concept
Figure 6: Un module serveur COM-HPC de validation de principe

Notez que, pour extraire la chaleur vers un dispositif de refroidissement externe, un dissipateur de chaleur est monté sur le dessus du module. Pour les entreprises souhaitant développer leur propre Modules COM-HPC et cartes de support, nous pouvons fournir des services de vérification de la conception ou de conception, selon les besoins. Chez ADLINK, nous pouvons également fournir des services d'adaptation de logiciels, de micrologiciels et de BIOS pour répondre aux besoins spécifiques des clients. Les clients peuvent profiter des réseaux locaux et mondiaux de centres de support ADLINK situés dans toutes les principales régions géographiques. 

Soutenues par une production et une logistique de fabrication de premier ordre associées à la stabilité du produit à vie, nos solutions COM-HPC offrent une disponibilité à long terme. La combinaison d'un fonctionnement à température prolongée, de la robustesse mécanique et des tests de durée de vie hautement accélérés (HALT) signifie que les solutions COM-HPC d'ADLINK offrent une fiabilité élevée. En outre, la capacité de fournir des services de personnalisation du matériel et du micrologiciel concernant des applications client spécifiques signifie que les solutions COM-HPC d'ADLINK offrent un degré élevé de flexibilité. 

Les modules de serveur COM-HPC feront bientôt leur apparition dans une myriade d'emplacements et d'environnements divers pour exécuter une vaste gamme d'applications - toutes conçues pour améliorer nos vies - et ADLINK continuera d'être à la pointe de cette technologie passionnante. 

Pour plus d'informations sur les modules ADLINK COM-HPC, veuillez visiter: https://www.adlinktech.com/en/COM-HPC 

Auteur: Alex Wang
Auteur: Alex Wang

 Chef de produit, plates-formes et modules intégrés