Embedded Computing
CoMs im Vergleich (Teil 2)
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
COM Express und COM HPE
COM Express definiert eine Familie von Single-Board-Computern im SFF-Format (Small Form Factor). Diese Computer-on-Module eignen sich für eine Vielzahl von kommerziellen, aber auch anspruchsvolleren Anwendungen im Verkehrswesen. COM Express wurde für die neuesten Chipsätze und seriellen Signalisierungsprotokolle entwickelt und schließt auch PCI Express Gen 3, 10GbE, SATA, USB 3.0 sowie hochauflösende Videoschnittstellen mit ein.
COM-Express-Module bieten nicht nur die höchste Leistungsvielfalt der verfügbaren Standards und Produkte mit kleinem Formfaktor, sondern sind auch einzigartig, da sich diese Module einerseits als eigenständige Computer, andererseits auch als Prozessor-Mezzanine (gesteckt auf ein Trägerboard) implementieren lassen. Die Möglichkeit, solche Module auf ein Baseboard zu stecken, reduziert den Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung eines Produkts, da der Anwender die oft komplexen Details der Hochgeschwindigkeitssignalisierung oder der neuesten Chipsätze nicht verstehen muss. Die Produktlebensdauer für den Kunden verlängert sich, da neuere COM-Express-Module einfach auf die Trägerplatine gesteckt werden können, um die Rechenleistung zu erhöhen oder die Kosten zu senken. Diese Zukunftssicherheit von COM Express ist einzigartig auf dem SFF-Markt.
Im COM-Express-Standard werden aktuell acht Typen (Type 1 bis Type 7 sowie Type 10) mit unterschiedlichen Signalverfügbarkeiten an den Steckerverbindern beschrieben, die sich stark nach der Anforderung der Applikation richten. Die Pin-out-Typen 1, 3, 4 und 5 sind veraltet und sind für neue Boarddesigns nicht mehr relevant. Die aktuelle COM-Express-Spezifikation 3.0 beschreibt vier unterschiedliche Modulgrößen und drei Pin-outs.
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Die Realisierung der Pin-out-Typen kann mit den vier definierten Modulgrößen umgesetzt werden (Bild 4). Mit dem sogenannten Mini-Formfaktor (84 mm × 55 mm) können Designs hinsichtlich Type 10 umgesetzt werden, Compact (95 mm × 95 mm) findet bevorzugt bei Type-6-Anwendung, Basic (95 mm × 125 mm) kann für Type 6 und Type 7 als Basis dienen. Der vierte Formfaktor Extended (110 mm × 155 mm) hatte in der Vergangenheit kaum Marktrelevanz, was sich jedoch mit dem Einsatz des serverorientierten Pin-out-Type 7 (spezifiziert in COM Express Rev. 3.0) ändern kann. Server-Anwendungen benötigen beträchtlich mehr DRAM-Speicherkapazität und deren Chips weisen erfahrungsgemäß – bedingt durch extrem hohe CPU-Performance – ebenfalls eine höhere Leistungsaufnahme auf.
Als Ergänzung für sehr performante Computing-Anwendungen betritt der kommende COM-HPE-Standard (High Performance Computing) die Bühne der CoM-Module. Dieser wird den etablierten COM-Express-Standard keinesfalls ersetzen, sondern deckt vielmehr den Anwendungsbereich ab, bei dem normale COM-Express-Module an seine Grenzen hinsichtlich Übertragungsleistung, Anzahl von High-Speed-Schnittstellen und Netzwerkanbindung stoßen. Während der COM-Express-Standard 440 Pins bietet, sieht der COM-HPC-Standard 800 Pins vor. Dadurch verdoppelt sich beispielsweise die Zahl der PCIe-Lanes auf 64, die darüber hinaus durch PCIe Gen5 bis zu 32 Gb/s je Lane unterstützen. Damit vervierfacht sich die Datenrate der PCIe-Lanes gegenüber dem normalen COM Express.
Der COM-HPC-Standard sieht bislang fünf Formate vor (Bild 5): COM-HPC/Server mit Size E (160 mm × 200 mm) bzw. Size D (160 mm × 160 mm) und COM-HPC/Client mit Size A (95 mm × 120 mm), Size B (120 mm × 120 mm) und Size C (120 mm × 160 mm). Neben den Abmessungen unterscheiden sich diese im Wesentlichen in der Anzahl bzw. Art der Schnittstellen. So bietet die Client-Ausführung Video- und Embedded-Display-Schnittstellen, worauf die Servervariante verzichtet. Diese wiederum bietet jedoch 10-Gb/s-Ethernet-Ports, die für Serveranwendungen essenziell sind. Entscheidet man sich für den Einsatz eines von der Grundfläche größeren COM-HPC/Server-Moduls, bietet dieses bis zu acht DIMM-Sockel für Arbeitsspeicher und 64 PCIe-Lanes für zusätzliche GPUs und NVMe-Speicher.
Einen enormen Performanceanstieg bietet COM-HPC ebenfalls bei Netzwerkverbindungen, die bei Edge-Server-Lösungen im Telekombereich immer höhere Anforderungen hinsichtlich Übertragungsraten erfüllen müssen. Die aktuell mit COM Express erreichbaren 10 Gb/s werden durch theoretische Übertragungsraten von bis zu 200 Gb/s bei COM-HPC übertroffen und bietet dadurch ein erweitertes Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten.
Für die Standardisierung ist die Standardisierungsorganisation PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) verantwortlich, in der ca. 150 Unternehmen organisiert sind, um an Open-Standards-Spezifikationen für Telekommunikations- und Industrieanwendungen zu arbeiten. Die Arbeitsgruppe PCIMG COM-HPC setzt sich aktuell aus zwanzig Mitgliedsunternehmen zusammen, die sich seit Gründung des Komitees wöchentlich abstimmen, über Details des Standards diskutieren und Festlegungen treffen. Als Mitglied dieses Komitees wirkt Heitec einerseits als Anbieter von kundenorientierten Systemlösungen, andererseits bei der Definition des neuen Standards mit und vertritt Aspekte, die vor allem aus Kundensicht relevant sind, um damit eine Vielzahl von künftigen Bedürfnissen bedienen zu können, ohne auf proprietäre Lösungen zurückgreifen zu müssen.
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