Neue Möglichkeiten mit COM-HPC-Server

Grenzenlose Freiheit für Edge-Server

22. März 2022, 8:00 Uhr | Von Andreas Bergbauer
COM-HPC-Client-Module sind seit Ende 2020 verfügbar. Nun legt Congatec mit Servermodulen die basieren auf Intels Xeon-D-CPUs und bringen Anwendern neue Einsatzmöglichkeiten für Edge-Server
© Congatec | stock.adbote.com Aufmacher

COM-HPC-Client-CoMs sind bereits seit Ende 2020 verfügbar, Congatec legt mit Servermodulen nach. Sie basieren auf Xeon-D-CPUs und bringen Anwendern neue Möglichkeiten für Edge-Server, auch abseits von Serverräumen. Damit lassen sich hohe Datendurchsätze bis hin zur Echtzeit im rauen Umfeld erzielen.

Beim Edge-Computing verarbeitet man Daten anstatt in zentralen Clouds bereits am Rand der Kommunikationsnetze. So sind verzögerungsfreie oder echtzeitfähige Interaktionen mit Clients aller Art möglich. Allerdings ist das für Hersteller von Server-, Netzwerk- und Storage-Technologien sehr herausfordernd. Bislang waren sie es in aller Regel gewohnt, für ihre Applikationen Standard-Rack-Systeme zu entwickeln. Hierbei wurde das Wärmemanagement der Racks und das Klimatisieren der Serverräume über aktive Lüftungskonzepte und entsprechende Klimatechnik geregelt. Für Edge-Server sind solche Ansätze jedoch in vielen Fällen nicht mehr geeignet.

Die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, kurz »ASHRAE«, hat sich bereits viele Gedanken gemacht, wie Unternehmen Edge-Server sinnvoll im rauen Umfeld installieren können. Sie hat durchaus plausible Empfehlungen ausgesprochen. Sie helfen dabei, Edge-Datencenter klimatisiert und bestens isoliert zu betreiben, um sie vor Hitze und Kälte zu schützen.

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Neue Einsatzbereiche für Edge-Server

Der von der ASHRAE für Edge-Datencenter vorgeschlagene maximal erlaubte Temperaturwechsel von 20 °C innerhalb einer Stunde und 5 °C in 15 Minuten bedarf jedoch komplexer Klimatechnik und ist deshalb sehr aufwendig zu realisieren. Zudem ist er insbesondere bei Wartungsarbeiten von Edge-Datencentern kaum einzuhalten, gerade wenn sie kleiner als eine Telefonzelle sind. Solche Applikationen müssen Techniker im Wartungsfall öffnen und das bei jeder Umgebungstemperatur. Man kann in diese Systeme nicht kurz über eine Klimaschleuse »reinhuschen« und schnell die Türe schließen, um die Wartungsarbeiten im vollklimatisierten Edge-Serverraum auszuführen.

Edge-Server und -Datencenter im rauen Umfeld benötigen deshalb Systemdesigns, die Temperaturschwankungen besser verkraften. Zudem müssen sie in größeren Temperaturbereichen zu betreiben sein als in den allgemein für Indoor-IT-Equipment üblichen 0 bis 40 °C. Im industriellen Umfeld sind vielmehr Embedded-Systemdesigns üblich, die unter Umgebungstemperaturen von -40 °C arktischer Kälte bis hin zu heißen +85 °C zu betreiben sind. Entsprechend muss jedes Bauelement gehärtet sein.

Robuste Designs sparen Kosten

Die zum Einsatz kommende Prozessortechnik ist ein neuralgischer Punkt bei der Auslegung von Edge-Server-, Netzwerk- und Storage-Applikationen. Mit ihr steht und fällt die Entscheidung, entweder den ASHRAE-Empfehlungen zu folgen und stark in Klimatechnik und Isolation zu investieren – was hohe Investitions- und Betriebskosten durch Sekundärenergieverbrauch nach sich zieht.

Mit dem modularen Ansatz Server on Modules gelingt es, mithilfe von Carrierboards Edge-Server mit individuellen Schnittstellenauslegungen zu entwickeln
Mit dem modularen Ansatz Server on Modules gelingt es, mithilfe von Carrierboards Edge-Server mit individuellen Schnittstellenauslegungen zu entwickeln.
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Oder man entwickelt Systeme, die all das nicht benötigen, weil sie selbst unter extremen Temperaturen zuverlässig arbeiten und somit deutlich günstiger in rauen Umgebungen einzusetzen sind. Die Bandbreite reicht von Installationen in Fabriken über Outdoor-Equipment für Kommunikations-, Videoüberwachungs- und sonstige kritische Infrastrukturen bis hin zu Servern in mobilen Systemen – zum Beispiel in Zügen und Flugzeugen oder autonom fahrenden Shuttlebussen in Smart Cities.

Mit der Verfügbarkeit der neuen Intel-Xeon-D-Prozessoren (Ice Lake D) ist eine sehr starke Servertechnik verfügbar, die für den Einsatz in extremen Temperaturbereichen von -40 bis +85 °C qualifiziert wurde. Selbst sehr leistungsfähige Serverdesigns können somit auch abseits von klimatisierten Serverräumen zum Einsatz kommen. So können Anwender sie schlussendlich überall installieren, wo ein latenzfreier Datendurchsatz am Edge in IoT- sowie Industrie-4.0-Applikationen gefordert ist.

Hohe Anforderungen an das Systemdesign

Ein Serverprozessor allein ergibt jedoch noch keinen Rugged-Edge-Server. Es ist vielmehr umfassendes Know-how gefordert, um die Anforderungen an Systemdesigns für das raue Umfeld erfüllen zu können. Jedes einzelne Bauteil, das hier verbaut wird, muss entsprechend qualifiziert sein. Ebenso werden an das Leiterplatten- und Board-Design sehr hohe Anforderungen gestellt – bis hin zu speziellen Coatings, die vor Schwitzwasser und weiteren Umwelteinflüssen schützen. Auch ist ein hoher Schutz zum Abschirmen von elektromagnetischen und hochfrequenten Signalen, die die Geräteleistung stören können, erforderlich.

Die Unterschiede zwischen COM Express Type 7 und COM-HPC-Server-Size-D- und Size-E-Modulen
Die Unterschiede zwischen COM Express Type 7 und COM-HPC-Server-Size-D- und Size-E-Modulen. (Quelle: Congatec)
© Congatec

Entwickler von Embedded-Technologie, wie beispielsweise Congatec, haben jahrzehntelange Erfahrungen bei der Auslegung solcher Designs gesammelt. Sie haben Standard-PC-Technologien wie Intels Core-Prozessoren in Embedded-Systeme für die Industrie integriert. Zudem kennen sie die Anforderungen und Zertifizierungsstandards unterschiedlicher Branchen und sind es gewohnt, ihre Systeme langzeitverfügbar auszulegen. So können sie den Anforderungen der Industrie gerecht werden und OEM-Applikationen über sieben, zehn oder 15 Jahre hinweg mit identischen Board-Konfigurationen versorgen. Sie wissen außerdem, dass sich industrielle Applikationen von Standardsystemauslegungen für den Office-Bereich deutlich unterscheiden. Im industriellen Einsatz ist immer ein mehr oder weniger hoher Grad an kundenspezifischer Entwicklung gefordert, was modulare Designs mit Computer-on-Modules (CoMs) zum Königsweg der Board-Entwicklung macht. Sie haben zudem gelernt, dass Standards wichtig sind, weshalb sie weltweit anerkannte Regelwerke für solche Module geschaffen haben.

Mit Standards schneller ans Ziel

Diese gebündelte Expertise wurde kürzlich mit der Spezifikation für COM-HPC-Servermodule auf industrietaugliche Edge-Serverdesigns transponiert. Mit dem Launch der Xeon-D-CPUs stehen erstmals reale Produkte bereit. Ein Vorteil der Server-on-Modules nach dem neuen Standard ist, dass Entwickler die Module als applikationsfertige Zukaufkomponente in ihre individuellen Carrierboards integrieren können. So müssen sie sich nicht mit der Basistechnik des Prozessors befassen. Sie müssen lediglich die Anforderungen an die Position der Board-Komponenten und Schnittstellen an der richtigen Stelle des Carrierboards berücksichtigen. Hierzu wurde jüngst der COM-HPC Carrier Design Guide von dem Standardisierungsgremium »PICMG« verabschiedet. Er ist essenziell für den Aufbau interoperabler und skalierbarer Embedded-Computing-Plattformen auf Basis des neuen Standards. Er erleichtert Entwicklern zudem, sich in die Logik des Standards einzulesen.


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