COM-HPC™ est le nouveau standard PICMG pour les modules COM (Computer-on-Modules) hautes performances. Le brochage et donc aussi la fonctionnalité ont récemment été officiellement approuvés. Spanish Electronics Magazine révèle plus de détails.
Prévue pour le premier semestre 2020, il reste encore du temps avant la ratification définitive par le PICMG de la spécification COM-HPC. Cependant, le sous-comité PICMG a déjà approuvé deux aspects clés en novembre 2019 : les mesures physiques et la distribution. Cela permet aux entreprises impliquées dans la définition du cahier des charges de présenter leurs premiers produits sur le marché peu après sa ratification officielle. Les informations pouvant être rendues publiques jusqu'à cette date sont strictement limitées. Revista Española de Electrónica a eu l'occasion rare de partager plus de détails sur la distribution et les mesures de la norme COM-HPC, que de nombreux développeurs de systèmes embarqués à haut débit utiliseront sûrement avec les prochaines générations de processeurs pour serveurs Intel et AMD. -gamme/haut de gamme embarqué. IHS Markit estime que les modules COM représenteront environ 38% des ventes totales de cartes, modules et systèmes informatiques embarqués en 2020. Ceci explique l'importance des mutations de ce marché qui, depuis le lancement du premier module COM : a créé deux standards importants pour l'informatique embarquée haut de gamme : ETX et son successeur COM Express.
Plus de performances, plus d'interfaces
La nécessité d'une nouvelle spécification pour compléter COM Express s'explique facilement : en raison de la transformation numérique, la demande d'ordinateurs embarqués pour fournir des performances à haut débit augmente. Pour servir la nouvelle classe de serveurs Edge intégrés, l'évolutivité doit être illimitée. Avec ses 440 broches, COM Express n'a pas assez d'interfaces pour des serveurs edge puissants. Les performances du connecteur COM Express approchent également lentement de leurs limites. Alors que COM Express peut facilement gérer la vitesse d'horloge de 8.0 GHz et le débit de 8 Gbit/s de PCIe Gen 3, le verdict n'est pas encore déterminé quant à savoir si le connecteur répond à certaines avancées technologiques comme PCIe Gen 4.
Performances du serveur embarqué sans tête
Le besoin de performances de périphérie embarquées ultra-élevées et de connectivité étendue est plus important dans la nouvelle classe de serveurs de périphérie sans tête qui sont de plus en plus utilisés comme systèmes distribués dans les applications industrielles pour les environnements difficiles et les plages de température étendues. Pour illustrer ce besoin de performances de haut niveau, prenons, par exemple, un véhicule autonome qui utilise la vision et la logique de l'IA pour établir une connaissance de la situation : il ne peut tout simplement pas attendre qu'un algorithme cloud calcule quand les choses se produisent. Vous devez être capable de réagir instantanément. Il en va de même pour les robots collaboratifs. Cela nécessite que les systèmes fournissent au moins 10 GbE de connectivité, ainsi que la capacité d'utiliser un grand nombre d'unités de calcul parallèles, par exemple, pour prétraiter les données des capteurs d'image ou exécuter des algorithmes complexes d'apprentissage en profondeur. Aujourd'hui, les GPGPU sont de plus en plus utilisés pour exécuter de telles tâches flexibles et multifonctionnelles. Remplaçant souvent les FPGA et les DSP, ils ont besoin d'une connectivité haut débit aux cœurs de processeur, et ce besoin augmente avec la complexité des tâches. Avec leurs multiples voies PCIe, les systèmes COM-HPC peuvent accueillir beaucoup plus de cartes accélératrices pour des gains de performances supérieurs à ceux de COM Express.
Traitement massivement parallèle des données
Une configuration combinant des processeurs puissants et une capacité de traitement de données massivement parallèle est également requise dans l'imagerie médicale, où l'utilisation de l'intelligence artificielle augmente pour soutenir le diagnostic médical basé sur les résultats existants. Les mêmes exigences de performance s'appliquent à la myriade de systèmes de vision utilisés dans les systèmes d'inspection industrielle et les systèmes de vidéosurveillance publics. L'ensemble du domaine des applications de l'industrie 4.0 a également besoin d'une connectivité plus puissante à mesure que de plus en plus de machines et de systèmes autonomes sont connectés. Tout cela augmente la demande d'interfaces haut débit dans les systèmes embarqués pour mettre en œuvre des solutions Internet hautes performances, y compris la prise en charge TSN pour le comportement tactile en temps réel. De plus, de plus en plus de charges de travail doivent être consolidées sur un seul système. Outre le prétraitement des données dans les systèmes de vision et d'apprentissage en profondeur, cela inclut les pare-feu et les systèmes de détection d'intrusion, qui doivent traiter des charges pratiquement identiques parallèlement aux applications en cours d'exécution. Cela double les exigences et rend obligatoire l'utilisation de technologies d'hyperviseur pour les machines virtuelles compatibles temps réel, telles que l'hyperviseur RTS de Real-Time Systems. D'autres applications incluent des collecteurs de données pour les systèmes de test automobiles et la technologie de mesure pour la 5G, ainsi que des systèmes de stockage industriels avec une mémoire NVMe rapide connectée via PCIe. La logique de périphérie pour les tours radio 5G et les lames modulaires dans les armoires de serveurs industriels peut également bénéficier de modules COM hautes performances.
Jusqu'à un téraoctet de RAM
COM HPC répondra à ces exigences de performances haut débit avec jusqu'à 100 GbE, jusqu'à 32 Gb/s PCIe Gen 4 et Gen 5, ainsi que jusqu'à 8 sockets DIMM et des processeurs haut débit avec plus de 200 watts de puissance. La nouvelle norme distingue deux variantes de base : les modules serveur COM HPC sans tête, qui peuvent également être appelés modules SoM (Server-on-Modules), et les modules client COM HPC, qui suivent le concept de modules COM Express Type 6. Le SoM COM HPC les modules pourront accueillir un énorme 1,0 téraoctet de RAM avec leurs 8 sockets DIMM. Ils fonctionneront également jusqu'à 8x 25 GbE et prendront en charge jusqu'à 64 voies PCIe Gen 4 ou Gen 5, ce qui signifie jusqu'à 256 Go/s de performances d'E/S. Une telle connectivité ultra-rapide appartient à la classe des serveurs de périphérie embarqués, avec les nouvelles voies PCIe offrant des vitesses de transfert de plus de 32 Gbit/s avec PCIe Gen 5. Cette performance est vraiment nécessaire et peut être mise en œuvre directement via des interfaces à haut débit. des composants avec la capacité de transférer 28 Gbs Non-Return-to-Zero (NRZ) sont maintenant disponibles. De plus, jusqu'à 2 interfaces USB 4 extrêmement puissantes sont prévues via les 800 broches. Basées sur Thunderbolt 3.0, ces interfaces offrent 40 Gigabits par seconde (Gbps). Cela correspond à environ 5 gigaoctets (Go) par seconde et est environ deux fois plus rapide que l'USB 3.2 avec un maximum de 20 Gbps, qui est également pris en charge jusqu'à 2 fois. 4 interfaces USB 2.0 supplémentaires complètent les options USB sur les modules de serveur HPC COM. Outre le 2x SATA natif, la prise en charge de eSPI, 2xSPI, SMB, 2x I2C, 2xUART et 12 GPIO est également fournie pour l'intégration de périphériques simples et d'interfaces de communication standard, par exemple à des fins de service.
Gestion de la carte serveur
Une autre nouveauté de COM-HPC est l'interface d'administration système intégrée. Cette interface logicielle, qui est actuellement en cours de définition par le sous-comité PICMG, est destinée à inclure un petit sous-ensemble de la définition IPMI puissante et complexe dans la spécification COM-HPC pour permettre une mise en œuvre facile de la fonctionnalité complète du serveur. Avec cette interface, COM-HPC offrira de véritables fonctionnalités de serveur Edge qui pourront être fortement augmentées en intégrant sur les cartes mères des contrôleurs BMC (Board Management Controllers) de type serveur adaptés. Des directives de conception de plaques de support pertinentes seront nécessaires pour aider les nouveaux venus à la norme à démarrer. La spécification offrira également la possibilité de développer des modules de dispositifs COM-HPC pour des processeurs graphiques ou des FPGA. À cette fin, la spécification définit des entrées d'horloge PCIe, de sorte que les modules COM-HPC peuvent également être utilisés en tant que clients. Cela permet de concevoir des solutions informatiques hétérogènes flexibles et compactes sans avoir besoin de cartes riser complexes, alors que traditionnellement, les cartes graphiques sont conçues pour des sockets PCIe qui se montent à un angle de 90 degrés par rapport à la carte mère. Ils offrent également beaucoup moins d'options de connectivité. Il en va de même pour les cartes graphiques alternatives MXM3, car elles aussi n'ont que 314 broches. COM-HPC permettant des conceptions modulaires extrêmement minces, également pour GPGPU, il est alors possible de concevoir des cartes à fente minces pour les systèmes de rack qui offrent à la fois des modules serveur COM-HPC et des modules accélérateurs basés sur GPGPU, FPGA ou DSP. Des solutions correspondantes pour les trois variantes de module d'accélérateur sont déjà en cours de développement, de sorte que COM-HPC n'est plus seulement une norme pour les processeurs de serveur Edge embarqués, mais peut également être utilisé pour l'extension GPGPU, FPGA et DSP.
800 broches au lieu de 440
Parallèlement à cette classe de serveurs de périphérie embarqués ultra-hautes performances, qui établit une toute nouvelle norme pour l'informatique embarquée robuste, la deuxième catégorie de modules clients COM-HPC se situe un peu plus discrètement au-dessus de la spécification COM Express Type 6. Comme l'encombrement réduit peut pouvant accueillir jusqu'à quatre sockets SO-DIMM, c'est principalement le nombre de broches qui fait la différence : 800 broches offrent nettement plus d'options d'interface que les 440 broches de COM Express. Mais tant que COM Express peut également gérer PCIe Gen 4, ce qui peut être supposé au moins en ce qui concerne la rétrocompatibilité, les développeurs de systèmes COM Express n'ont pas à passer aux modules clients COM-HPC. En plus des 49 voies PCIe (COM Express Type 6 n'en propose que 24), il existe désormais pour la première fois deux interfaces KR 25GbE et jusqu'à deux interfaces BaseT 10Gb, ce qui est nettement plus que le seul LAN GbE actuel.
Une autre caractéristique intéressante est jusqu'à deux interfaces MIPI-CSI, qui permettent des connexions de caméras économiques pour la connaissance de la situation et la robotique collaborative. De nombreux développeurs apprécieront également les interfaces USB 4.0 pratiques, polyvalentes et extrêmement puissantes proposées en plus des 4x USB 2.0. Il y en aura jusqu'à quatre, pour connecter une mémoire ultra-rapide jusqu'à 40 Gbps, ou jusqu'à deux écrans 4K, y compris l'alimentation et la mise en réseau 10GbE intégrée via un seul câble USB-C. Les graphismes ont également été corrigés. La prise en charge inclut désormais 3 interfaces DDI dédiées. Des conceptions spécifiques pour les convertisseurs DisplayPort, DVI-I/VGA et DVI-I, HDMI ou DVI vers LVDS fonctionnent désormais sur la carte mère. Les autres interfaces incluent 2x SoundWire et I2S, ainsi que 2x SATA ; eSPI, 2xSPI, SMB, 2x I2C, 2x UART et 12 GPIO complètent l'ensemble des fonctionnalités.
SoundWire, qui a été ajouté en tant que nouvelle interface à la spécification, remplacera l'interface HDA actuellement utilisée. SoundWire est une norme MIPI qui ne nécessite que deux canaux d'horloge et de données, cadencés jusqu'à 2.288 XNUMX MHz, pour connecter jusqu'à quatre codecs audio en parallèle. Chaque codec reçoit son propre ID qui est évalué. Les OEM qui entretiennent une relation commerciale avec l'une des sociétés impliquées dans la nouvelle spécification peuvent déjà lancer des conceptions de cartes mères appropriées tant qu'ils les conservent sous NDA et ne les partagent pas avec des tiers. La nouvelle spécification ne sera disponible en tant que norme ouverte qu'après la publication officielle. Les membres du sous-comité PICMG COM-HPC comprennent Acromag, Adlink, Advantech, AMI, Amphenol, congatec, Elma Electronic, Emerson Machine Automation Solutions, Ept, Fastwel, GE Automation, HEITEC, Intel, Kontron, MEN, MSC Technologies, NAT, nVent , Samtec, Seco, TE Connectivity, Trenz Electronic, University Bielefeld, VersaLogic Corp. Adlink, congatec et Kontron sont les sponsors du comité, tandis que le directeur marketing de congatec, Christian Eder, préside le comité COM-HPC. Il a également joué un rôle important dans le développement de la norme COM Express existante en tant que rédacteur en chef Stefan Milnor de Kontron et Dylan Lang de Samtec soutiennent Christian Eder dans ses rôles de rédacteur et de secrétaire du comité PICMG COM-HPC. Pour plus d'informations sur la nouvelle norme COM-HPC Computer-on-Module et sa distribution, rendez-vous sur : https://www.congatec.com/COM-HPC y https://www.picmg.org/openstandards/development/
Conceptions de cartes mères de type serveur
Les développeurs qui cherchent à se lancer dans la conception de cartes porteuses COM-HPC au niveau du serveur Edge devraient jeter un coup d'œil à la carte mère conga-STX7 / Carrier mini-STX. Il mesure exactement 5,5 x 5,8 pouces et est développé pour les modules SoM COM Express Type 7, mais il impressionne par un contrôleur de contrôle de carte (BMC) de type serveur intégré qui fournit un accès hors service/hors bande complet pour des fonctions de surveillance, de gestion et de maintenance à distance ultra-efficaces. Il intègre un Aspeed AST2500 BMC, qui est basé sur un processeur ARM11 à 800 MHz, prend en charge la DDR4 à 1600 Mbps et fournit une carte PCIe 2D VGA sur puce pour la console de gestion. Congatec a optimisé le firmware du contrôleur pour répondre aux exigences de gestion des micro-serveurs embarqués et des serveurs Edge basés sur des modules COM. Cela inclut la possibilité d'utiliser les API intégrées existantes des normes PICMG pour implémenter tous les journaux d'alertes et d'événements nécessaires dans le système de gestion à distance via cette implémentation de capteur. De plus, les commandes IPMI pour le contrôle de l'alimentation du châssis, le KVM et les fonctionnalités de redirection des médias ont été implémentées pour prendre en charge les consoles de serveur connectées localement et le KVM distant. Une console invité de débogage avec commutation de sortie entre différentes cibles de système hôte complète la version 1.0 de cette version.
