COM Express Typ 7 Servertechnik im Schaltschrank

Server-on-Modules nach dem COM-Express-Typ-7-Standard ermöglichen platzsparende Server mit höchst individuellen Interfaces, die auch außerhalb von Serverracks betrieben werden können.

Nachdem die PC-Technologie schon viele Jahre im Maschinen und Anlagenbau für Steuerungen und HMIs eingesetzt wird, wird nun auch die Servertechnologie „embedded“, denn der Performance-Bedarf steigt proportional mit den Herausforderungen: Bildverarbeitungsysteme produzieren immens viele Rohdaten, die parallel und in Echtzeit verarbeitet und analysiert werden müssen (Bild). Die Vernetzung mit weiteren Fog-Servern und Industrie- 4.0-Maschinen und -Anlagen fordert hohe Rechen-Performance, die nur mit Servertechnologien zu erreichen ist. Es braucht echtzeitfähiges Ethernet, leistungsfähige Prozessoren und auch schnelle Speicher, um die anfallenden Datenmengen zu bewältigen.

Damit Serverprozessor-Technologie in den Schaltschrank wandern kann, müssen allerdings einige Hürden überwunden werden: Vor allem ist es zwingend erforderlich, Prozessortechnologie bereitzustellen, die auch für industrielle Umgebungsbedingungen ausgelegt ist. Sie muss hierzu entsprechend energiesparend sein, denn mehrere Hundert Watt Prozessorleistung würden zu viel Abwärme produzieren, sodass sie im Schaltschrank nicht mehr betrieben werden könnte. Zudem muss sie auch langzeitverfügbar sein, denn Maschinen und Anlagen werden nicht über Jahre, sondern über Jahrzehnte betrieben. Und letztlich muss sie auch so ausgelegt sein, dass sie auf kleinstem Raum höchst unterschiedlichste Interfaces unterstützt.

Der Server an der Maschine

All diese Anforderungen können ab jetzt auch mit standardisierten Modulen adressiert werden. Sie haben sich schon seit vielen Jahren in kundenspezifisch ausgelegten Embedded-Computer-Systemen bewährt und sind auch für platzsparende Industrie-4.0-Server-Designs prädestiniert. Dafür hat die PICMG die COM-Express-Spezifikation um eine Server-on-Module-Spezifikation erweitert: Das COM Express Typ 7 Pinout, dessen Entwurf von Congatec als Editor kommt. Erste COM-Express-Typ-7-Module (siehe Kasten „conga-BX7D“) bieten zwei Ethernet-Interfaces mit 10 Gbit/s für die Echtzeitkommunikation sowie bis zu 32 PCIe Lanes zur Anbindung der Peripherie. Applikationsfelder für die neuen Server-on-Module finden sich unter anderem in der industriellen Automatisierung sowie in industriellen Big Data Storage- und Netzwerk-Applikationen. Hierzu zählen vor allem Industrie-4.0-Applikationen sowie modulare Serverdesigns für industrielle Cloud-, Edge- und Fog-Server.

Die langzeitverfügbaren Server-on-Module von Congatec bieten eine Standardisierung von Footprint, Carrierboard-Interfaces und Kühlkonzept, was Systemdesigns signifikant vereinfacht, sodass neue robuste Servertechnologie schneller am Markt eingeführt werden kann. Auch machen sie zukünftige Performance-Upgrades besonders einfach und kostengünstig, da nur das Modul getauscht werden muss – selbst bei einem Wechsel der Prozessorarchitektur.

COM Express Typ 7: Das conga-BX7D

Das Server-on-Module conga-BX7D folgt dem neuen PICMG-Standard COM Express Typ 7. Der „Typ“ bezeichnet die Kontaktbelegung der Steckverbinder zum Carrierboard. Mit Typ 7 geht COM Express neue Wege, indem die Signale zum Carrierboard auf Serveranwendungen ausgerichtet sind. Das äußert sich insbesondere bei den Grafik-Schnittstellen. So sind sämtliche Videoschnittstellen wie Displayport, HDMI/DVI und LVDS auf dem Modul selbst nicht mehr vorhanden. Die frei gewordenen Kontakte nutzt Typ 7 stattdessen für schnelles Ethernet mit bis zu 4 × 10 Gbit/s sowie nun bis zu 32 PCI Express Lanes für die Anbindung schneller Serverperipherie wie NVMe-Speicher, GPGPUs oder anderen Recheneinheiten sowie einer Intra-System-Kommunikation.

Das conga-BX7D implementiert den neuen Typ 7 auf einem COM-Express-Modul im Basic-Format von 125 mm × 95 mm. Als Prozessoren kommen sechs unterschiedliche Intel-Xeon-Prozessoren vom D1577 (16-Core) bis zum D1529 (Quad-Core für industriellen Temperaturbereich von –40 bis +85 °C) zum Einsatz. Mit einer TDP von max. 45 W lassen sich die Module auch in dicht gepackten Serverracks oder im Schaltschrank betreiben. Die Module enthalten erstmals zwei 10-Gbit/s-Ethernet-Schnittstellen und bis zu 48 GByte schnellen DDR4-ECC-RAM.