COM-HPC模塊

高端邊緣計算需要COM-HPC的服務器級計算能力

最新的COM-HPC模塊可以滿足邊緣對高端計算應用程序的服務器級別要求。在此博客中,我們探索什麼,如何,為什麼以及入門。

第四次工業革命(工業4.0)是指使用現代智能技術對傳統製造業和工業慣例進行的自動化。隨著工業物聯網(IIoT)的發展,工業4.0的快速發展導致傳感器和執行器發出的數據激增。 

最近,由於其他技術驅動因素,例如人工智能(AI),機器學習(ML)和5G應用程序,工業4.0和IIoT的計算需求已開始急劇增長。 

邊緣一詞是指互聯網與現實世界相接的邊界。就其對計算能力和性能的要求而言,處於邊緣的嵌入式系統目前正經歷指數級增長。為了使延遲和通信成本最小化,需要在源處處理此數據以提供接近實時的可操作信息。術語“邊緣計算”是指執行此操作的動作 在邊緣處理

除了對增加計算能力的期望之外,系統設計者和最終用戶也希望對他們的系統進行過時的驗證。這樣做有很多方面,例如,如果現有供應商退出市場,則可以與其他供應商聯繫。另外,有必要具有增強功能的系統升級能力,以滿足未來應用程序的需求。 

高性能計算(HPC)COM和邊緣計算 

一些COM是專有的,而另一些則基於行業標準。對於希望對系統進行未來驗證的系統設計人員和最終用戶,最好的選擇是使用許多COM供應商支持的行業標準。 

成立於1994年, PICMG 是卓越的COM標準機構。這是由公司和組織組成的非營利性聯盟,它們共同開髮用於高性能電信,工業,測試和測量,醫療,邊緣和通用嵌入式計算應用程序的開放標準。 

COM的設計涉及廣泛的技術領域,包括超高速信號設計和分析,電源管理,網絡專業知識,熱管理,機械設計,高可用性軟件以及全面的系統管理。所有這些學科都由PICMG代表,PICMG擁有140多家成員公司,其中凌華科技是執行成員。 

HPC代表“高性能計算”。 PICMG現在正進入其新的COM-HPC模塊計算機規範的開發的最後階段,該規範將滿足工業邊緣計算市場高端的需求。 

不斷增長的邊緣計算市場要求更高的性能和更多的系統內存。高端邊緣系統中使用的嵌入式處理器可以具有20個或更多核心,而多個處理核心和虛擬化的結合意味著某些系統需要256 GB或更多的內存。另一個考慮因素是,許多應用程序要求極高的數據帶寬,該帶寬可能高達每秒100吉比特(Gbps)。 COM-HPC規範解決了所有這些高端要求。  

COM-HPC的市場和應用  

COM-HPC模塊可滿足各種市場和應用領域的需求,這些市場和應用領域需要高性能和/或高性能內存和/或高速接口的各種組合。這些包括但不限於自動駕駛汽車,機器人技術,無人機和5G通信(小型小區,基站和基礎設施)。 

圖1:COM-HPC模塊可滿足廣泛的市場和應用
圖1:COM-HPC模塊可滿足廣泛的市場和應用 

COM-HPC有許多重要的驅動因素,其中最重要的是任務合併。以今天的火車為例,其中可能涉及多個基於IT的服務,這些服務處理諸如預訂管理,車載Wi-Fi和視頻監控之類的任務。這些服務通常由不同的公司在不同的“盒子”中提供,這些“盒子”散佈在整個火車中。將所有這些任務整合到一個COM-HPC“盒子”中-每個任務都可以在其自己的處理核心上的虛擬機上運行,並可以訪問數十GB的內存-將會大大降低部署和維護成本以及資源。 

另一個主要驅動力是人工智能。不久之後,每台機器人設備(包括固定機器人,移動機器人,協作機器人或協作機器人,即與人類同事緊密協作的機器人)都將配備先進的AI功能。同樣,不久之後,所有可以駕駛,飛行或漂浮的東西都將擁有AI副駕駛或完全自主的技術。甚至歷史上一直由人類主導的難得的技能(例如外科手術)也將很快被AI所增強。 

另一個驅動器是堅固的和/或專用的通信設備,它們通常部署在惡劣的環境中。示例包括5G基站,數據包檢查系統和前端交易系統。這些都是無法使用現成解決方案的應用程序,並且COM-HPC模塊非常適合這些應用程序。 

尺寸和高速連接器 

COM-HPC規範當前以兩個服務器模塊和三個客戶端模塊的形式定義了五個不同的選項。最大的服務器模塊提供八個板載DIMM插槽,最多支持512 GB內存(下圖中是垂直方向的插槽)。 

圖2:新的COM-HPC模塊尺寸
圖2:新的COM-HPC模塊尺寸

除了其DIMM插槽外,每個COM-HPC模塊還配備了兩個新的高速,高密度400針連接器(上圖中的水平方向連接器),每個模塊有800針。 

圖3:COM-HPC採用了一種新型的連接器。

COM-HPC服務器的引腳排列概述  

關於上面討論的新型高速,高密度COM-HPC連接器,有幾點很突出。例如,電源輸入是一個12伏電源,可以提供高達358瓦的功率,足以驅動具有20個或更多內核,512 GB內存和任何其他組件的高端CPU。 

圖4:COM-HPC服務器的引腳排列

關於PCIe(GEN5)接口,總共有64個通道,J1連接器上為1×16 = 16個通道,而J2連接器上為3×16 = 48x通道。 J1連接器上提供了一個額外的1x PCIe通道,用於闆卡管理控制(更多信息請參見下文)。此外,還有8個USB 2.0、2個USB 3.X和2個USB 4.0。以及1個1GbE和8個10GbE連接器。 

許多高性能係統的開發人員也將對COM-HPC服務器模塊支持智能平台管理總線(IPMB)和智能平台管理接口(IPMI)感興趣。這些是自治計算機子系統的一組計算機接口規範,該規範提供獨立於主機系統的CPU,固件和操作系統的管理和監視功能。 

價格容量的最佳記憶點  

毫不奇怪,當涉及到COM-HPC所針對的需要大量內存的市場時,嵌入式系統架構師和開發人員的主要考慮因素就是內存的成本。 

通過使用DIMM技術,COM-HPC服務器類型不僅增加了可能的總存儲容量,而且還促進了每GB的最佳價格。在撰寫本文時,價格容量的最佳點是32 GB,這意味著用戶可以以市場上最好的價格容量享受8×32 GB = 256 GB。 

對於需要更多內存的應用程序,開發人員可以通過使用8×64 GB = 512 GB來實現。儘管目前這在價格上不利於5%,但預計不久之後價格容量的最佳點將遷移到64 GB。 

先進的遠程管理功能 

許多早期的COM模塊通過稱為EAPI的應用程序編程接口(API)支持有限形式的管理控制。但是,這通常僅關注未通過驅動程序抽象的較低級嵌入式管理功能,例如看門狗,顯示器亮度和背光控制,物流,EEPROM存儲和I2C / SMBus控制。 

客戶端和服務器COM-HPC模塊將繼續支持EAPI。此外,由於其以網絡為中心,COM-HPC服務器類型也將支持完整的IPMI或其開放源代碼版本Open BMC。 

圖5:典型的帶外管理控制方案 

上圖顯示了IPMI與模塊化尺寸因子結合的典型實現。儘管此圖示僅反映了單個COM-HPC模塊,但是可以通過托架上的單個BMC控制多個模塊。 

未來比您想的要近! 

凌華科技是PICMG聯盟的主要成員。在此過程中,我們在定義COM-HPC標準方面發揮了重要作用,我們很榮幸能站在COM-HPC開發的最前沿。 

如下所示,我們的概念驗證COM-HPC模塊的尺寸為E(160mm x 200mm),具有服務器類型的功能集,並在具有多個DIMM的110W平台中提供多達16個計算核心。 

概念驗證COM-HPC服務器模塊
圖6:概念驗證的COM-HPC服務器模塊

請注意,為了將熱量提取到外部冷卻設備,在模塊頂部安裝了散熱器。對於希望發展自己的公司 COM-HPC模塊和載板,我們可以根據需要提供設計驗證或設計服務。在凌華科技,我們還可以提供軟件,固件和BIOS適配服務,以滿足客戶的特定要求。客戶可以利用位於所有主要地理區域的ADLINK支持中心的本地和全球網絡。 

以一流的生產和製造物流以及終生的產品穩定性為後盾,我們的COM-HPC解決方案可提供長期可用性。擴展溫度工作範圍,機械堅固性和高度加速的壽命測試(HALT)的結合意味著ADLINK的COM-HPC解決方案提供了高可靠性。同樣,提供針對特定客戶應用的硬件和固件定制服務的能力意味著凌華科技的COM-HPC解決方案提供了高度的靈活性。 

COM-HPC服務器模塊將很快出現在各種各樣的位置和環境中,以執行各種各樣的應用程序-旨在改善我們的生活-並且ADLINK將繼續處於這一令人興奮的技術的最前沿。 

有關凌華科技COM-HPC模塊的更多信息,請訪問: https://www.adlinktech.com/en/COM-HPC 

作者:亞歷克斯·王(Alex Wang)
作者:亞歷克斯·王(Alex Wang)

 嵌入式平台和模塊產品經理