Maximale Leistung für COM Express Type 7 100-Watt-Ökosystem für Edge-Server

Für die Entwicklung von Embedded-Servern stellt Congatec sein neues 100-Watt-Ökosystem vor.
Für die Entwicklung von Embedded-Servern stellt Congatec sein neues 100-Watt-Ökosystem vor.

Embedded-Server benötigen in der Regel eine hohe Leistung. Um solche Systeme mit Server-on-Modules zu entwickeln, braucht es ein Ökosystem auf Basis von COM Express Type 7. Congatec hat ein solches System für die EPYC-Embedded-3000-Serie von AMD geschaffen.

Die Möglichkeit von einfachen Leistungs-Upgrades gehört für Embedded-Edge- und Mikro-Server zunehmend zum Standard. Ein Grund dafür ist, dass sich die Aufgaben je nach Anwendung am Netzwerkrand unterscheiden. Außerdem ist davon auszugehen, dass die Anforderungen über den Zeitverlauf konstant steigen. Die Entwickler verankern immer mehr Funktionen auf einzelnen Edge-Server-Plattformen. Zusätzlich steigen die Kommunikations- und Sicherheitsanforderungen rasant an. Was heute noch hinreichend erscheint, kann also morgen schon überholt sein. Zu achten ist deshalb auf besonders kosteneffiziente Leistungssteigerungen.

Leistungssteigerung leicht gemacht

Mit Server-on-Modules (SoM) lassen sich Leistungssteigerungen besonders gut umsetzen. Sie sind als COM-Express-Type-7-Spezifikation von der PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) standardisiert. Zuverlässige, auf offenen Standards basierte Entwicklungspfade sind sowohl in der Leistungsklasse als auch im kommenden CoM-HPC (Computer on Modules, High Performance Computing)-Standard bereits zukunftssicher etabliert.

Was dem Markt bislang jedoch fehlte, waren kommerzielle Produkte, die ab Lager erhältlich sind (Commercial Off The Shelf, COTS), mit denen solche Anwendungen umsetzbar sind. Abseits der bereits vorhandenen Module und Carrierboards fehlten sowohl passende Hochleistungs-Kühlmodule oberhalb von 65 W thermischer Verlustleistung (Thermal Device Power, TDP) als auch passende Remote Monitoring and Management (RMM)-Funktionen der Server-Klasse. RMM-Funktionen dienen dem Fernüberwachen von IT-Systemen. Sowohl passende Kühlmodule sowie RMM-Funktionen sind nun verfügbar. Hierfür hat Congatec unter anderem
die Grenzen von lüfterlosen Produkt-Designs auf konduktionsgekühlte 100-Watt-Systeme ausgeweitet. Das ist eine Leistungssteigerung von 53 Prozent für COM-Express-Type-7-Designs und war bislang nicht ab Lager verfügbar, die Original Equipment Manufacturer (OEM, Erstausrüster) über Zukaufkomponenten hätten sofort einsetzen können.

Frischer Wind für Embedded-Server

Die neuen Module »conga-B7E3« basieren auf der EPYC-Embedded-3000-Serie von AMD. Sie sind mit anwendungsfertigen Hitzeverteilern und Hochleistungslüftern oder mit Heatpipe-Adaptern ausstattbar. So kühlen sie unter anderem sehr flache 1HE-Server. Werden 65 bis 100 W-Systeme entsprechend ausgelegt, kann der Entwickler auf rotierende Lüfter verzichten. So lassen sich sehr robuste Hochleistungs-
Embedded-Server entwickeln, die sich für zahlreiche Anwendungen am In­dustrial Internet of Things (IIoT)- und Industrie-4.0-Edge eignen (Bilder 1a und 1b).


Anwendungsbereiche des 100-Watt-Ökosystems für Embedded-Edge- und Mikro-Server sind zum Beispiel 5G-Telekommunikations-Cloudlets, Industrie-4.0-Server oder Server für intel­ligente Roboterzellen mit kollaborativer Robotik. Cloudlets sind dabei Cloud-Rechenzentren für den Netzwerkrand. Weitere Anwendungen für das Öko­system sind autonome Roboter- und Logistikfahrzeuge mit sehr schneller Bildverarbeitung sowie Sensoren für das Erfassen von unterschiedlichen Situationen.

Das Ökosystem eignet sich darüber hinaus für virtuelle On-Premise-Installationen in rauen Umgebungen. Sie führen Funktionen wie industrielles Routing, taktiles Internet, Firewall- und Intrusion-Detection (Erkennen von Cyberattacken) aus. Auch für Virtual Private Network (VPN)-Anwendungen ist das Ökosystem geschaffen. Sie sind optional mit verschiedenen Echt­zeitsteuerungen und neuronalen Netzwerken für künstliche Intelligenz (KI) kombinierbar.

Klug kombiniert

Neben den neuen Kühlmöglichkeiten umfasst das 100-Watt-Ökosystem von Congatec ebenso Starter-Kits auf Basis von zwei anwendungsfertigen Carrierboards, dem »conga-X7EVAL« und dem »conga-STX7« (Bilder 2a und 2b). Sie besitzen unter anderem mehrere 10 Gigabit Ethernet (GbE)-Schnittstellen, die serverkonform über SFP+ (Small Form-factor Pluggable)-Gehäuse sowohl für Kupfer- als auch Lichtwellenleiter ausgeführt sind. Als Edge-Server-Designs sind sie zum einen für 1HE-Racksysteme und zum anderen für Systeme im Box-PC-Format ausgelegt und kundenspezifisch modifizierbar.

Nicht immer ist bei Carrierboards ein kundenspezifisches Design erforderlich, da in beiden Carrierboards ein sogenannter Feature-Connector integriert ist, über den OEMs ihre spezifischen Erweiterungen ausführen können. Das ist vor allem für kompakte Carrierboards wie das mini-STX Carrierboard »conga-STX7/Carrier«, das exakt 5,5 x 5,8 Zoll misst, vorteilhaft.

Über den 220 Pins zählenden Feature-Connector lassen sich die Schnittstellen des COM-Express-Type-7-Standards auf Erweiterungsboards ausführen, die auf dem Standard-Carrierboard keinen Platz fanden. Congatec nutzt hierfür denselben Stecker, der bei COM Express zwischen Modul und Board zum Einsatz kommt. Entsprechende Design-Richtli­nien zum Entwickeln der Erweiterungen kann der Anwender dem Carrierboard-Design-Guide der PICMG entnehmen (Bilder 3a und 3b).

Möchte ein OEM ein Standard-Carrierboard um individuelle Funktionen ohne Aufwand erweitern, so kann er den platzsparenden Carrierboard-Erweiterungsstecker nutzen. Ein Beispiel für eine Karte, die am Erweiterungsstecker verwendet wird, ist ein PCI Express (PCIe)-Erweiterungsmodul. Mit dem Modul können OEMs zum Beispiel dedizierte Graphics Processing Units (GPUs) für Machine Learning und Inferenz-Systeme anbinden. Außerdem sind PCIe-basierte Flash-Speicher mit mehreren Terabyte Kapazität für Big-Data-Anforderungen koppelbar.

Überwachen aus der Ferne

Embedded-Systeme benötigen jedoch noch mehr: Sie müssen umfassende Managementfunktionen bieten. Sie sind für weit verteilte Embedded-Edge- und Mikro-Server essenziell und unterscheiden sich stark von dem, was bislang in Stand-Alone Embedded-Systemen zum Einsatz kam. In das 100-Watt-Ökosystem integriert Congatec deshalb RAS-Funktionen (Reliability, Availability und Serviceability), die in den EPYC-Embedded-3000-Prozessoren von AMD in­tegriert sind. Außerdem integriert
Congatec einen Board Management Controller (BMC), mit dem in Out-of-Service- oder Out-of-Band-Situationen Zugriff auf die Systeme möglich sind (Bild 4).

Zusammengenommen sind so effiziente Fernüberwachungs-, Verwaltungs- und Wartungsfunktionen möglich, wie sie in kommerziellen Rechenzentren üblich sind, um die Gesamtbetriebskosten verteilter Geräte zu optimieren.

Das komplette System ist so ausgelegt, dass es sich für raue Umgebungen eignet. Beim BMC hat sich Congatec für den AST2500 BMC von Aspeed entschieden. Er basiert auf einem ARM11-Prozessor mit 800 MHz, unterstützt DDR4 1600Mbps und On-Chip-PCIe 2D VGA. Die Firmware des Con­trollers hat Congatec dabei auf die Anforderungen an das Management von Embedded-Edge- und Mikro-Servern optimiert. Hierzu zählt die Möglichkeit, die COM-Express-Type-7-Programmierschnittstelle zu nutzen, um beim Implementieren der Sensoren in das Remote Management System (RMS) alle nötigen Ereignis- und Warnmeldungen einzupflegen.

Zudem wurden Intelligent Platform Management Interface (IPMI)-Befehle zur Leistungskontrolle des Gehäuses sowie Kernel-based Virtual Machine (KVM)- und Medienumleitfunktionen eingesetzt. So werden sowohl lokal angebundene Server-Konsolen sowie Remote-KVMs unterstützt. Eine Host-Debugging-Konsole mit Ausgangsumschaltung rundet die Version 1.0 des Releases ab.