COM-HPCモジュール

ハイエンドエッジコンピューティングには、COM-HPCのサーバーレベルの計算能力が必要です

最新のCOM-HPCモジュールは、エッジにおけるハイエンドコンピューティング・アプリケーションのサーバーレベルの要件を満たします。このブログでは、「何を」「どのように」「なぜ」「始めるのか」についてご紹介します。

第4次産業革命—インダストリー4.0 —は、最新のスマートテクノロジーを使用した従来の製造および産業慣行の継続的な自動化を指します。インダストリー4.0の急速な成長は、産業用モノのインターネット(IIoT)の進化と相まって、センサーやアクチュエーターから発せられるデータの爆発的な増加をもたらしました。 

最近では、人工知能(AI)、機械学習(ML)、5Gアプリケーションなどの追加のテクノロジードライバーにより、インダストリー4.0とIIoTの計算要求がさらに急成長し始めています。 

エッジという用語は、インターネットが現実の世界と出会う境界を指します。エッジの組込みシステムは、現在、計算能力とパフォーマンスの要件に関して指数関数的に成長しています。遅延と通信コストの両方を最小限に抑えるには、このデータをソースで処理して、実用的な情報をほぼリアルタイムで提供する必要があります。エッジコンピューティングという用語は、これを実行する行為を指します エッジでの処理

システム設計者とエンドユーザーは、計算能力の向上を望んでいるだけでなく、システムの将来性を保証したいと考えています。これには、既存のサプライヤーが市場から撤退した場合に代替ベンダーにアクセスできるなど、多くの側面があります。また、将来のアプリケーションの要件を満たすために、拡張機能を備えたシステムをアップグレードする機能が必要です。 

ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)COMとエッジコンピューティング 

一部のCOMは独自仕様ですが、その他のCOMは業界標準に基づいています。システムの将来性を保証したいシステム設計者やエンドユーザーの場合、最良の選択肢は、多くのCOMベンダーによってサポートされている業界標準を使用することです。 

1994年に設立され、 PICMG 卓越したCOM標準化団体です。これは、高性能通信、産業、テストおよび測定、医療、エッジ、および汎用の組み込みコンピューティングアプリケーションのオープンスタンダードを共同で開発する企業および組織の非営利コンソーシアムです。 

COMの設計には、非常に高速な信号の設計と分析、電力管理、ネットワーキングの専門知識、熱管理、機械設計、高可用性ソフトウェア、包括的なシステム管理など、幅広い技術分野が含まれます。これらの分野はすべて、ADLINKがエグゼクティブメンバーである140を超えるメンバー企業を誇るPICMGによって代表されています。 

HPCは「ハイパフォーマンスコンピューティング」の略です。 PICMGは現在、新しいCOM-HPCコンピューターオンモジュール仕様の開発の最終段階に入っています。これは、産業用エッジコンピューティング市場のハイエンドのニーズに対応します。 

指数関数的に成長するエッジコンピューティング市場では、より高いパフォーマンスとより多くのシステムメモリが求められています。ハイエンドエッジシステムで使用される組み込みプロセッサは20コア以上にすることができ、複数のプロセッシングコアと仮想化の組み合わせにより、一部のシステムでは256ギガバイト(GB)以上のメモリが必要になります。もう1つの考慮事項は、多くのアプリケーションが非常に高いデータ帯域幅を要求することです。これは、100ギガビット/秒(Gbps)にも及ぶ可能性があります。 COM-HPC仕様は、これらすべてのハイエンド要件に対応しています。  

COM-HPCの市場とアプリケーション  

COM-HPCモジュールは、高性能および/または高メモリおよび/または高速インタフェースのさまざまな組み合わせを必要とする幅広い市場およびアプリケーション分野のニーズに対応します。これらには、自動運転車、ロボット工学、無人航空機、および5G通信(スモールセル、基地局、およびインフラストラクチャ)が含まれますが、これらに限定されません。 

図1:COM-HPCモジュールは幅広い市場とアプリケーションに対応
図1:COM-HPCモジュールは幅広い市場とアプリケーションに対応 

COM-HPCには多くの大きな推進要因がありますが、その中でも特にタスクの統合があります。たとえば、予約管理、オンボードWi-Fi、ビデオ監視などのタスクを処理する複数のITベースのサービスが含まれる可能性のある今日の列車について考えてみます。これらのサービスは通常、列車全体に散らばっているさまざまな「ボックス」内のさまざまな会社によって提供されます。これらすべてのタスクを単一のCOM-HPC「ボックス」に統合します。各タスクは、数十ギガバイトのメモリにアクセスできる独自の処理コア上の独自の仮想マシンで実行され、展開と保守のコストとリソースを大幅に削減します。 

もう1つの主要な推進力は、人工知能です。静止ロボット、移動ロボット、協働ロボット、または協働ロボット、つまり、人間の同僚と協調して近接して相互作用するロボットを含むすべてのロボットデバイスに高度なAI機能が搭載されるようになるのはそう遠くないでしょう。同様に、運転、飛行、または浮くことができるすべてのものがAI副操縦士を持つか、完全に自律するようになるまで、そう長くはかからないでしょう。歴史的に人間が支配していた難易度の高いスキル(たとえば、外科手術)でさえ、間もなくAIによって強化されます。 

さらに別のドライバーは、過酷な環境でしばしば展開される頑丈なおよび/または特別な目的の通信デバイスです。例としては、5G基地局、パケット検査システム、フロントランニングトレーディングシステムなどがあります。これらはすべて、既製のソリューションを使用できず、COM-HPCモジュールが理想的に適しているアプリケーションです。 

寸法と高速コネクタ 

COM-HPC仕様では、現在、2つのサーバーモジュールと3つのクライアントモジュールの形式で5つの異なるオプションが定義されています。最大のサーバーモジュールは、最大512 GBのメモリをサポートする8つのオンボードDIMMソケットを提供します(これらは、以下の画像の垂直方向のソケットです)。 

図2:新しいCOM-HPCモジュールのサイズ
図2:新しいCOM-HPCモジュールのサイズ

DIMMソケットに加えて、各COM-HPCモジュールには2つの新しい高速高密度400ピンコネクタ(上の画像の水平方向のコネクタ)が装備されており、モジュールあたり800ピンになります。 

図3:COM-HPCは新しい種類のコネクタを採用しています。

COM-HPCサーバーのピン配置の概要  

上記の新しい高速高密度COM-HPCコネクタに関して際立っている点がいくつかあります。たとえば、電源入力は、最大358ワットの電力を供給できる単一の12ボルト電源であり、20コア以上、512 GBのメモリ、およびその他のコンポーネントを備えたハイエンドCPUを駆動するには十分すぎるほどです。 

図4:COM-HPCサーバーのピン配置

PCIe(GEN5)インターフェースに関しては、合計64レーンがあり、J1コネクターでは1×16 = 16レーン、J2コネクターでは3×16 = 48xレーンです。追加の1xPCIeレーンは、ボード管理制御用にJ1コネクタに提供されます(これについては以下で詳しく説明します)。さらに、USB 2.0 x8、USB 3.X x2、およびUSB4.0 x2があります。 1GbE x2および10GbE x8コネクタも搭載しています。 

多くの高性能システムの開発者は、COM-HPCサーバーモジュールがインテリジェントプラットフォーム管理バス(IPMB)とインテリジェントプラットフォーム管理インターフェイス(IPMI)をサポートしていることにも興味を持っています。これらは、ホストシステムのCPU、ファームウェア、およびオペレーティングシステムとは独立して管理および監視機能を提供する、自律型コンピューターサブシステムのコンピューターインターフェイス仕様のセットです。 

メモリの価格容量スイートスポット  

当然のことながら、COM-HPCが対象とするメモリを大量に消費する市場に関しては、組込みシステムのアーキテクトと開発者にとっての主な考慮事項はメモリのコストです。 

COM-HPCサーバータイプは、DIMMテクノロジーを採用することにより、可能な合計メモリ容量を拡大するだけでなく、GBあたりの最高の価格を実現します。この記事の執筆時点では、価格容量のスイートスポットは32 GBです。つまり、ユーザーは市場で最高の価格容量で8×32 GB = 256GBを楽しむことができます。 

さらに多くのメモリを必要とするアプリケーションの場合、開発者は8×64 GB = 512GBを使用することでこれを実現できます。これは現在5%の価格デメリットがありますが、価格容量のスイートスポットはそれほど遠くない将来に64GBに移行すると予想されます。 

洗練されたリモート管理機能 

初期のCOMモジュールの多くは、EAPIと呼ばれるアプリケーションプログラミングインターフェイス(API)による限定された形式の管理制御をサポートしていました。ただし、これは通常、ウォッチドッグ、ディスプレイの明るさとバックライトの制御、ロジスティクス、EEPROMストレージ、I2C / SMBus制御など、ドライバーによって抽象化されない低レベルの組み込み管理機能にのみ焦点を当てています。 

EAPIは、クライアントとサーバーの両方のCOM-HPCモジュールで引き続きサポートされます。さらに、COM-HPCサーバータイプは、ネットワーク中心の性質のため、完全なIPMIまたはそのオープンソースバリアントであるOpenBMCもサポートします。 

図5:典型的な帯域外管理制御シナリオ 

モジュラーフォームファクタと組み合わせたIPMIの典型的な実装は、上の図に示されています。この図は単一のCOM-HPCモジュールのみを反映していますが、複数のモジュールをキャリア上の単一のBMCで制御できます。 

未来はあなたが思っているよりも近いです! 

ADLINKはPICMGコンソーシアムの主要メンバーです。その一環として、COM-HPC規格の定義に大きな役割を果たしており、COM-HPC開発の最前線に立つことを光栄に思います。 

以下に示すように、当社の概念実証COM-HPCモジュールはサイズE(160mm x 200mm)で、サーバータイプの機能セットを備え、複数のDIMMを備えた110Wプラットフォームで最大16のコンピューティングコアを提供します。 

概念実証COM-HPCサーバーモジュール
図6:概念実証COM-HPCサーバーモジュール

外部冷却装置に熱を抽出するために、モジュールの上部にヒートスプレッダーが取り付けられていることに注意してください。独自の開発を希望する企業向け COM-HPCモジュールとキャリアボード、必要に応じて、設計検証または設計サービスを提供できます。ここADLINKでは、お客様の特定の要件に合わせて、ソフトウェア、ファームウェア、およびBIOS適応サービスを提供することもできます。お客様は、すべての主要な地理的地域にあるADLINKサポートセンターのローカルおよびグローバルネットワークを利用できます。 

トップクラスの生産および製造ロジスティクスと生涯にわたる製品の安定性に支えられた当社のCOM-HPCソリューションは、長期的な可用性を提供します。拡張温度動作、機械的耐久性、および高加速寿命試験(HALT)の組み合わせは、ADLINKのCOM-HPCソリューションが高い信頼性を提供することを意味します。また、特定の顧客アプリケーションに関するハードウェアおよびファームウェアのカスタマイズサービスを提供できるということは、ADLINKのCOM-HPCソリューションが高度な柔軟性を提供することを意味します。 

COM-HPCサーバーモジュールはまもなく無数の多様な場所と環境に登場し、私たちの生活をより良くするように設計された膨大な数のアプリケーションを実行します。ADLINKはこのエキサイティングなテクノロジーの最前線にあり続けます。 

ADLINK COM-HPCモジュールの詳細については、以下をご覧ください。 https://www.adlinktech.com/en/COM-HPC 

著者:アレキサンダー・ワン
著者:アレキサンダー・ワン

 プロダクトマネージャー、組込みプラットフォームおよびモジュール