Dos grandes opciones
Por primera vez en muchos años, los procesadores embebidos de alta gama están disponibles en dos opciones de factor de forma COM (Computer on Module), COM-HPC® Client y COM Express® Type 6. La llegada de la 11ª generación de procesadores Intel® Core® (nombre en código Tiger Lake) ofrece a los desarrolladores la oportunidad de decidir qué factor de forma se ajusta más a los requisitos de su proyecto.
Nuevas preguntas COM Express ha dominado el campo de la computación embebida de alta gama. Pero ahora la llegada del COM-HPC está planteando nuevas preguntas para cualquiera que evalúe su próximo proyecto de computación embebida de alta gama. Una pregunta es si COM Express y COM-HPC compiten entre sí. La respuesta es no, ya que sus especificaciones están diseñadas para complementarse mutuamente, por lo que ambos factores de forma soportan los procesadores Intel Core de 11ª generación. Otra pregunta, ahora que ambos factores de forma son opciones, sería si escalar las inversiones existentes en COM Express o cambiar a un nuevo estándar de módulos con la necesidad de diseñar también una nueva placa base. La decisión de escalar o cambiar es particularmente relevante para los desarrolladores que hasta ahora han confiado en COM Express. También pueden preguntarse: ¿El comienzo del COM-HPC también anuncia el final de COM Express? ¿Cuánto tiempo seguirá estando disponible COM Express? ¿Tengo que cambiar a COM-HPC ahora, o puedo esperar? Otra consideración es cómo un cambio a COM-HPC afectaría a la posición competitiva de los OEMs y los clientes. Para responder a estas preguntas, es importante saber lo que los módulos COM-HPC Client tienen que ofrecer y cómo se diferencian de los módulos COM Express Type 6.
Básico y tamaño A: sólo hay diferencias marginales en la huella
El cliente COM-HPC, como COM Express Tipo 6, es una especificación PICMG COM (Computer on Module). Es parte del nuevo estándar COMHPC. También especifica los módulos servidor COM-HPC, pero éstos no necesitan ser considerados más a fondo en este documento porque están orientados al servidor y no tienen cabezal, mientras que los módulos COM-HPC Client, como los módulos COM Express Type 6, soportan gráficos. Los módulos COMHPC Client vienen en tres tamaños de 120 mm x 160 mm (Tamaño C), 120 mm x 120 mm (Tamaño B) y 120 mm x 95 mm (Tamaño A). Por lo tanto, la huella más pequeña del COM-HPC es casi idéntica a la del COM Express Basic en 125 mm x 95 mm. El COM Express Compact a 95 mm x 95 mm es alrededor de un 21% más compacto. Como el factor de forma del COM-HPC de tamaño A es sólo un 4% más pequeño que el del COM Express Basic, el cambio del COM Express Basic al COM-HPC de tamaño A no es por tanto un problema en cuanto a la huella. El tamaño de los módulos COMHPC Client de tamaño B y C es tal que estos módulos se situarían normalmente por encima de los módulos COM Express Type 6 y, por tanto, se dirigen a aplicaciones de alto rendimiento que no pueden implementarse con COM Express Los desarrolladores que utilizan COM Express Basic para integrar procesadores más potentes que los disponibles en COM Express Compact pueden optar por el COM-HPC Client de tamaño A. Sin embargo, no existe la opción del Cliente COMHPC para el diseño del tamaño COM Express Compact. Esto demuestra claramente que las dos especificaciones son opciones complementarias.
El COM-HPC especifica un TDP más alto
Así como ofrecer opciones de mayor huella en comparación con el COM Express, los módulos COM HPC también permiten generalmente un mayor aporte de energía. Con hasta 200 vatios de potencia de diseño térmico (TDP), los módulos de COM-HPC Client pueden tener aproximadamente tres veces el rendimiento actual del más potente COM Express Type 6. En comparación con el COM Express Basic, en su límite superior de 137 vatios TDP, el TDP del COM-HPC Client es un 46% más alto. Para los desarrolladores que necesiten más TDP y potencia de procesador ahora o a largo plazo de lo que COM Express permite, el COM-HPC es imprescindible. Los módulos COM-HPC de tamaño A, como el nuevo conga-HPC/ cTLU de 15 vatios con la 11ª generación de procesadores Intel Core, serán más comparables con el rango de rendimiento de los anteriores módulos COM Express. Además, los diseñadores de COM Express encontrarán que el COM-HPC tiene la ventaja de ofrecer un masivo ancho de banda de datos, mayor que el COM Express Type 6, como se evidencia por el número de pines de señal.
Figura 1. Las interfaces del COM-HPC Client se diferencian del COM Express Type 6 principalmente en el número y el ancho de banda de las vías PCI, las interfaces Ethernet y los puertos USB. Además de sus diferencias de interfaz, el COM-HPC Client, a diferencia del COM Express Type 6, tiene un soporte de gestión remota ampliado (aún por especificar).
Casi doblar el número de pines aumenta el ancho de banda
Otras dos diferencias clave entre el COM Express Basic Type 6 y el COM-HPC Client Tamaño A son el conector y el número de pines de señal que conectan el módulo a la placa base específica de la aplicación. Al igual que el COM Express, el COM-HPC se basa en dos conectores, pero ahora cada conector COM HPC tiene 400 pines. Los dos conectores COM Express tienen 220 pines cada uno. La ampliación a 800 pines de señal permite conectar aproximadamente un 80% más de interfaces. Diseñado para las últimas interfaces de alta velocidad, el conector COM-HPC también es compatible con las altas velocidades de reloj del PCIe 5.0 y Ethernet de 25 Gb/s. Actualmente, COM Express sólo se extiende a PCIe Gen 3.0 y PCIe 4.0 en modo de compatibilidad, lo que hace que el conector sea un factor limitador. Sin embargo, se están realizando esfuerzos para sustituir el conector COM Express por uno que sea mecánicamente compatible pero electrónicamente más potente y compatible con el PCIe 4.0. Este reemplazo del conector es un buen augurio para el futuro de COM Express.
Figura 2. El COM-HPC Client define tres huellas diferentes, al igual que el COM Express. Como el más pequeño, el Tamaño A, es más compacto que el COM Express Basic, los desarrolladores
pueden cambiar fácilmente de COM Express Basic a COM-HPC Tamaño A.
La capacidad de memoria depende de la huella
Tanto el COM-HPC como el COM Express usan SO-DIMM o memoria soldada para la capacidad RAM. Como se ha señalado anteriormente, las huellas del COM Express Basic y del COM-HPC Client de tamaño A sólo difieren ligeramente. El COM Express Basic ya ha demostrado que la capacidad de RAM actualmente es de 128 Gb, por lo que dada la proximidad del Tamaño A al COM Express Basic, la capacidad de RAM para el Tamaño A sería similar. Los desarrolladores cuyos diseños requieren más RAM deben utilizar factores de forma más grandes. Aunque COM Express sí especifica módulos más grandes por encima del factor de forma Básico, en la práctica éstos han sido prácticamente irrelevantes. Por lo tanto, se espera que los módulos más grandes se desarrollen principalmente sobre la base del estándar COM-HPC. Y es probable que esto suceda pronto porque los módulos servidor COMHPC se dirigen a soluciones hasta los servidores de rendimiento medio que nunca pueden tener suficiente RAM. Pueden alojar ocho módulos de memoria SO-DIMM completos y, por lo tanto, actualmente proporcionan hasta 1.0 Terabyte de RAM. Comparando los recién lanzados módulos Tiger Lake UP3 COM Express Type 6 Compact y COM-HPC Client Size A, estos últimos proporcionan más memoria. Sin embargo, este potencial de más memoria no se ha utilizado; ambos módulos ofrecen dos sockets SO-DIMM para 3200 MT/s y 32 GB DDR4. Por lo tanto, 64 GB de RAM en total. La razón de este potencial no utilizado es simple: Tiger Lake UP3 no puede soportar más. En igualdad de condiciones, un cambio impulsado por la necesidad de obtener más RAM significa invariablemente optar por un factor de forma mayor que el COM Express Basic o el COM HPC de tamaño A. Sin embargo, con una densidad de memoria en continuo aumento, es poco probable que la capacidad de la RAM se convierta en el futuro en un factor limitante para las aplicaciones polivalentes específicas.
Los mismos gráficos, nuevo audio
El soporte gráfico es también el mismo para ambos estándares. El COM-HPC Client y el COM Express Type 6 soportan hasta cuatro pantallas a través de tres interfaces de pantalla digital (DDI) y un DisplayPort integrado (eDP). Para las interfaces multimedia, el COM-HPC reemplaza la interfaz HDA anteriormente disponible con el COM Express con SoundWire. SoundWire, un nuevo estándar MIPI, requiere sólo dos vías y funciona a velocidades de hasta 12.288 MHz. Se pueden conectar hasta cuatro codecs de audio en paralelo a través de estas dos vías, y cada códec recibe su propia identificación para permitir la evaluación, lo cual es una ventaja para las aplicaciones en las que el sonido desempeña un papel importante.
Soporte de PCIe y GbE
Los módulos COM Express Type 6 tienen un máximo de 24 canales PCIe en comparación con los 49 de los módulos COM-HPC Client. Un canal PCI de COM-HPC Cliente está reservado para la comunicación con el controlador de gestión de la tarjeta de portadora (BMC). La especificación del módulo de COM-HPC Client también ofrece la conexión directa de dos KR- de 25 GbE y hasta dos interfaces Ethernet de 10 GbE BaseT. El COM Express Type 6 admite un máximo de 1×1 GbE, pero se pueden conectar interfaces de red adicionales a través de PCIe y ejecutarse a través de la placa base. Sin embargo, este potencial completo de la especificación no se agota con la 11ª generación de procesadores Intel Core de hoy en día. Ambos módulos ofrecen una interfaz PCIe x4 Gen 4 para conexiones de ancho de banda extremadamente alto a los periféricos. Además, los desarrolladores también pueden usar 8x PCIe Gen 3.0 x1 canales con ambos módulos. Por lo tanto, no hay ninguna diferencia relacionada con el procesador a este respecto. Sin embargo, los módulos COM-HPC ofrecen una conectividad nativa de 2x 2,5 GbE, mientras que los módulos COM Express sólo admiten 1x GbE de forma nativa. Por lo tanto, los diseñadores de COM Express deben asumir el gasto de obtener los componentes de la placa base para producir la misma funcionalidad GbE que la de los módulos COM-HPC. Ambos módulos también admiten la conexión en red sensible al tiempo (TSN) para la comunicación en tiempo real a través de Ethernet. Así pues, aparte de que 2,5 GbE sólo están disponibles con los módulos COM-HPC, las diferencias relativas al PCIe y a la GbE no son tan significativas en la actualidad.
Figura 3. El módulo COM-HPC de conga-HPC/cTLU Tamaño A requiere una placa base completamente nueva. Se espera que la placa de evaluación COM-HPC esté disponible en Octubre de 2020.
Gran ancho de banda USB y soporte nativo de la cámara
Diseñado para los nuevos estándares USB más rápidos, el COM-HPC Client especifica hasta 4x interfaces USB 4.0, complementadas por 4x USB 2.0. Los módulos COM Express Type 6, por otro lado, pueden ejecutar hasta 4x USB 3.2 y 8x USB 2.0. Con cuatro puertos USB 2.0 menos que los módulos COM Express Type 6, el COM-HPC Client ofrece, sin embargo, un mayor ancho de banda, ya que la velocidad de transferencia de USB 4.0 es de 40 Gbps. El COM-HPC soporta nativamente hasta dos interfaces MIPI-CSI. Además de ser rentables, las dos interfaces facilitan la integración de cámaras para muchos tipos de aplicaciones y permiten la visión en 3D. Los posibles casos de uso de los módulos con dos interfaces MIPI-CSI incluyen la identificación del usuario, el control de gestos y la realidad aumentada para el mantenimiento. Otras posibilidades son la videovigilancia y el control de calidad óptico, el conocimiento de la situación de los vehículos autónomos y la robótica colaborativa. El soporte de la interfaz MIPI-CSI es, por lo tanto, un claro punto fuerte del COM-HPC. El conga-HPC/cTLU ofrece estos dos interfaces MIPI-CSI. Es más, el conga-HPC/cTLU incluye – con el conjunto de instrucciones x86 ampliado en el Tiger Lake UP3 – conjuntos de instrucciones AI/DL, soporte de Instrucciones de Redes Neuronales Vectoriales (VNNI) y características por encima de hasta 96 unidades de ejecución del nuevo procesador gráfico integrado Intel Xe (Gen 12). COM-HPC ofrece además 2x interfaces SATA para conectar SSDs y HDDs tradicionales, junto con interfaces industriales como 2x UART y 12x GPIO. 2x I2C, SPI y eSPI completan el conjunto de características. En general, las características del COM-HPC Client son comparables a las de los módulos COM Express Type 6, aunque con estos últimos existe una opción de soporte de bus CAN.
La experiencia demuestra que no hay prisa por cambiar
Las similitudes y diferencias para el COM-HPC Client y el COM Express Type 6 descritos anteriormente indican que la mayoría de los diseños estarán bien servidos con el COM Express por lo menos durante los próximos 3-5 años. Otro factor en esa predicción es que el COM-HPC Client no introduce un nuevo bus de sistema. Esto es diferente en comparación con los cambios anteriores de ISA a PCI y de PCI a PCI Express. Aquí era absolutamente necesario definir un nuevo pinout. También vale la pena recordar que los módulos COM Express no reemplazaron a los módulos ETX como los más vendidos hasta 2012 – unos buenos 11 años después de la introducción de ETX – y siete años después de la introducción de COM Express. Y los módulos ETX siguen estando disponibles hoy en día. Las generaciones de PCIe son compatibles con las anteriores, lo que permite que los diseños de PCIe Gen 3.0 perduren durante mucho tiempo, incluso después de que se establezca PCIe Gen 4.0 en todos los niveles de procesador. Definitivamente no hay necesidad de cambiar si las especificaciones de interfaz y los anchos de banda de un diseño son suficientes.
¿Quién debería optar por COM-HPC?
Todos aquellos que requieran una o todas las siguientes interfaces soportadas nativamente por los módulos, deben cambiarse al COMHPC: ancho de banda completo de USB 4.0, 2.5 GbE, SoundWire, y MIPI-CSI hoy en día. Quienes esperan necesitar más interfaces PCIe o Ethernet de mayor rendimiento con hasta 25 GbE en el futuro, también deberían dar preferencia al COMHPC. Además, los desarrolladores de sistemas de alto rendimiento podrían considerar que es más fácil reducir la escala cuando se utiliza un estándar, un argumento para implementar todo en el COM-HPC. Por lo demás, el lema es “Nunca cambies un sistema en funcionamiento”. No al menos porque COM Express puede estar disponible con un nuevo conector compatible con PCIe 4.0.
La gestión remota de los módulos servidor edge está llegando
Como parte del lanzamiento del COM-HPC, también está previsto un interfaz de gestión remota ampliado. Esta interfaz se está desarrollando actualmente en el Remote Managemetn Subcommittee del PICMG. El objetivo es hacer disponible una porción reducida del complejo conjunto de características de la IPMI (Intelligent Platform Management Interfaz) para la gestión remota de los módulos servidor edge. Con este nuevo conjunto de características, los fabricantes de equipos originales y los usuarios podrán asegurar fácilmente la fiabilidad, disponibilidad, mantenimiento y seguridad (RAMS) del servidor. Un controlador de gestión de placas, que se implementará en la placa base, permite ampliar la funcionalidad de gestión remota a cada placa base y a otras demandas del sistema según sea necesario. Esto proporciona a los fabricantes de equipos originales una base consistente para la gestión remota, que pueden modificar según sus necesidades.
Figura 4. El módulo COM Express Compact del conga-TC570 con procesador Intel Tiger Lake UP3 puede ser montado plug & play en placas base existentes COM Express – independientemente
de si están diseñadas para COM Express Basic o Compact. Por lo tanto, están listos para su uso inmediato.
Conclusión
COM Express tiene un gran futuro a un nivel de rendimiento existente con una creciente digitalización. El COM-HPC (High Performance Computing) puede satisfacer una amplia gama de aplicaciones de computación intensiva que se avecinan, en las que los flujos de datos de gran ancho de banda deben ser procesados en un dispositivo edge compacto. Más información sobre los procesadores Intel Core de 11ª Generación de congatec basados en ordenadores embebidos puede ser encontrada en la página principal https://congatec.com/11th-genintel- core//
