Mit Core-Prozessoren der 13. Generation
COM-HPC-Module für das Edge
Avnet Embedded baut das Angebot an hochleistungsfähigen Standardmodulen im Formfaktor COM-HPC weiter aus. Die High-End-Client- und Server-Baugruppen eignen sich für rechenintensive Grafik-, KI- und Edge-Computing-Applikationen.
Zur Entwicklung von smarten Industrieanwendungen bieten Hersteller von Embedded-Computing-Komponenten ihren Kunden sofort einsetzbare Building-Blocks, beispielsweise skalierbare Embedded-Module, an. Die Stärke des Modulkonzepts ist, die benötigte Prozessorleistung und zusätzliche Funktionen wie KI-Unterstützung schnell und einfach bereitzustellen. Die Standardmodule sind flexibel und skalierbar – Entwickler können hiermit die Projektkosten sowie die Time to Market der Endprodukte optimieren. Darüber hinaus bieten die Embedded-Module aufgrund ihrer Skalierungsmöglichkeit eine Migration hin zu zukünftigen Technologie-Upgrades.
Fünf Formfaktoren decken viele Einsatzbereiche ab
Um die hohen Leistungsanforderungen rechenintensiver Anwendungen zu erfüllen, wurde von der PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) der COM-HPC-Standard definiert. COM-HPC-Module liefern eine hohe Rechen-, Grafik- und Videoleistung sowie viele Hochgeschwindigkeitsschnittstellen für hohe Übertragungsraten. Sie ermöglichen eine breitbandige Anbindung an Netzwerke und lokale I/O-Controller. Mit 800 Pins sind bei COM-HPC im Vergleich zum etablierten COM-Express-Standard fast doppelt so viele Anschlüsse herausgeführt.
Typische Einsatzgebiete der COM-HPC-Module reichen von industriellen IoT-Systemen mit künstlicher Intelligenz (KI) in Form von Machine-Learning-Funktionen über komplexe HMI- und Edge-Computing-Applikationen bis hin zu leistungsfähigen Überwachungssystemen, modernen Medizinsystemen und professionellen Messgeräten.
Der COM-HPC-Standard definiert fünf Formfaktoren, die ausreichend Platz für CPU, Leistungselektronik, Kühlung sowie große Speichermodule bieten. Die kompakten Client-Module stehen in den Footprints 160 mm × 120 mm, 120 mm × 120 mm und 95 mm × 120 mm zur Verfügung; die großen Server-Module sind in den Maßen 200 mm × 160 mm und 160 mm × 160 mm erhältlich. Zur Kühlung sind Heat-Spreader mit definierter Bauhöhe und Bohrungen für die Montage von systemspezifischen Kühlmodulen vorgesehen. Für Applikationen mit hoher Verlustleistung lassen sich die Kühlkörper direkt montieren. COM-HPC definiert heute die beiden Modulvarianten COM-HPC-Client und COM-HPC-Server, die sich in der Schnittstellenbelegung und im Steckerabstand unterscheiden. Die Vorstellung des neuen Standards COM-HPC Mini mit kleinen Abmessungen ist kürzlich erfolgt.
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COM-HPC-Client und COM-HPC-Server sind für unterschiedliche Embedded-Computing-Anwendungen optimiert. COM-HPC-Client-Module können über die integrierten Videoschnittstellen wie DDI und eDP/MIPI-DSI bis zu vier unabhängige, hochauflösende Displays ansteuern. Über bis zu 49 PCIe-Lanes lassen sich externe I/O-Bausteine und Flash-basierte Massenspeicher anschließen. Es sind ein oder zwei KR-Ethernet- (maximal 25 Gbit/s) sowie bis zu zwei BASE-T-Ethernet-Schnittstellen (maximal 10 Gbit/s) vorhanden.
COM-HPC-Server-Module bieten bis zu 65 PCIe-Lanes, beispielsweise für den Anschluss von Hardware-Beschleunigern und Massenspeicher. Es werden bis zu acht KR-Ethernet-Schnittstellen (Backplane-Ethernet) unterstützt, wobei die Bandbreite pro Port je nach Implementierung von 1 Gbit/s (z. B. 1000BASE-KX) bis 25 Gbit/s (z. B. 25G-BASE-KR) skalierbar ist. Zusätzlich ist ein BASE-T-Port mit bis zu 10 Gbit/s Bandbreite (10G-BASE-T) für Managementaufgaben definiert. Weiterhin ist Platz für große Speicher-Arrays und Kühlmodule vorhanden.
Avnet Embedded baut Portfolio an Client-Modulen aus
Avnet Embedded sieht in den letzten Monaten ein stark wachsendes Interesse an COM-HPC-Modulen für zukünftige High-Performance-Computing-Applikationen. Tim Jensen, Senior Director Embedded Product Innovation bei Avnet, sagt: »Wir geben unseren Kunden die benötigte Hardware, Software und einen umfassenden Support, um die schnelle Integration von fortschrittlichen Computing-Fähigkeiten zu unterstützen. Neben dem Design-Know-how sind wird in der Lage, die hochleistungsfähigen Module im eigenen Hause zu fertigen.«
Eine Voraussetzung, um Kunden bestmöglich zu unterstützen, ist das zügige Erweitern des COM-HPC-Produktportfolios. Die neue COM-HPC-Client-Modulfamilie »MSC HCA-RLP« ist mit der 13. Intel-Core-Generation der Prozessoren der H-, P- und U-Serien bestückt und in Bezug auf Rechenleistung und Energieeffizienz skalierbar (Bild 1).
Intels Performance-Hybrid-Architektur bietet Performance- sowie Efficient-Cores, deren jeweilige Arbeitslast vom integrierten Thread-Director optimiert wird. Die Architektur verfügt über insgesamt bis zu vierzehn Cores und zwanzig Threads bei einer Thermal-Design-Power (TDP) von 45 beziehungsweise 35 W. Für Anwendungen, die eine niedrige Verlustleistung benötigen, können einzelne Prozessorvarianten bei 12 W TDP betrieben werden. Die integrierte Iris-Xe-Graphikarchitektur mit bis zu 96 Execution-Units (EUs) stellt eine hohe Grafikleistung sicher. Für datenintensive Applikationen sind die Module mit der DDR5-5200-Speichertechnik mit bis zu 64 GB Speicher über SO-DIMM ausgerüstet.
Die Auswahl an Hochgeschwindigkeitsschnittstellen umfasst bis zu acht PCIe-Gen-3-Lanes, bis zu acht PCIe-Gen-4-Lanes sowie einen optionalen PCIe-x8-Port basierend auf PCIe der 5. Generation. Die beiden Ethernet-Schnittstellen bauen auf dem Intel-Netzwerkcontroller »i226« auf und liefern bis zu 2,5 Gbit/s Bandbreite. Zusätzlich sind USB-4-, USB-3.2-, USB-2.0- sowie zwei UART-Anschlüsse vorhanden.
An Grafikschnittstellen stehen drei DisplayPort- und HDMI-Schnittstellen sowie ein Embedded-Display-Port bereit. Insgesamt lassen sich bis zu vier unabhängige Displays ansteuern. Über zwei SATA-6-Gbit/s-Kanäle lassen sich Massenspeicher anbinden. Optional können die Baugruppen mit einer NVMe-SSD einer maximalen Kapazität von 1 TB ausgestattet werden.
Die Module sind für den Einsatz im erweiterten Temperaturbereich von –40 bis +85 °C und für einen 24/7-Dauerbetrieb geeignet. Außerdem spielt für Industrieanwendungen die Unterstützung von Time-Sensitive Networking (TSN), Time-Coordinated Computing (TCC) und Speicher mit In-Band-Error-Correction-Code (IBECC) eine bedeutende Rolle. Die Baugruppen entsprechen dem COM-HPC-Client-Size-A-Formfaktor und weisen die Maße von 120 mm × 95 mm auf. Die Bauhöhe wird von der auf die thermischen Anforderungen abgestimmten Kühlung bestimmt.
Die Client-Modulfamilie »MSC HCA-ALP« ist mit der 12. Generation der Intel-Core-Prozessoren bestückt. Die Prozessoren der 12. und der 13. Generation sind Sockel-kompatibel und lässt sich in bestehenden Architekturen austauschen.
Die COM-HPC-Client-Modulfamilie »MSC HCC-CFLS« basiert auf kosteneffizienten Pentium-Prozessoren und Core-i7-Prozessoren der 9. Generation mit bis zu acht Cores und einer TDP von 35 W bis 65 W. Die Baugruppen im COM-HPC-Size-C-Formfaktor lassen sich mit bis zu 64 GB DDR4-2666-SDRAM bestücken. Über drei DDI-Schnittstellen und ein eDP-Interface lassen sich bis zu drei unabhängige 4K-Displays anschließen. Der PCI-Express-Graphics(PEG)-x16-Port basiert auf PCIe Gen3 und ermöglicht die einfache Integration externer Grafik und KI-Beschleuniger. Auf den Modulen sind unter anderem 16 PCI-Express-x1-Lanes, USB 3 Gen1 und Gen2, SATA, 1G- und 2,5G-Ethernet sowie GPIOs vorhanden.
Servermodulfamilie bietet hohe Rechenleistung
Die leistungsfähigere COM-HPC-Server-Modulfamilie »MSC HSD-ILDL« basiert auf einem Xeon-D-1700-Prozessor, der bis zu zehn Xeon-Cores, einen Speichercontroller, eine Netzwerkfunktion hoher Bandbreite und PCIe-Root-Komplexe auf einem Sockel integriert (Bild 2). Der On-Chip-Netzwerkcontroller unterstützt bis zu acht Ethernet-Ports mit unterschiedlichen Konfigurationsmöglichkeiten, die von 100-Mbit/s- bis 25-Gbit/s-Ethernet pro Port reichen bei einer aggregierten Bandbreite von bis zu 100 Gbit/s.
Ein zusätzlicher 1/2,5-Gbit/s-Ethernet-Port unterstützt TSN für Echtzeitapplikationen. PCI Express Lanes mit Gen 4 und Gen 3 ermöglichen den Anschluss von externen Hardware-Beschleunigern, FPGAs, NVMe-Speicher und I/O-Geräten.
Avnet Embedded unterstützt die Evaluierung der High-Performance-Computing-Module, das Rapid Prototyping und die schnelle Applikationsentwicklung mit einem kompletten Ökosystem. Es umfasst unter anderem das COM-HPC-Carrier-Board »MSC HC-MB-EV« sowie umfangreiche Service-Leistungen (Bild 3). Zur Gewährleistung der hohen Qualität und einer langen Verfügbarkeit der Computer-on-Modules entwickelt und fertigt Avnet Embedded die COM-HPC-Produkte in dezentralen Design-Centern und unternehmenseigenen vollautomatisierten Fertigungsstätten.
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