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Server-on-Module

High Performance fürs Industrial IoT

26. Juli 2016, 14:22 Uhr | Von Zeljko Loncaric

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

IoT Server braucht man überall

Applikationen, die von solch leistungsfähigen Edge- und Fog-Servern profitieren können, gibt es viele. Im Industrie-Segment sind es vor allem die Industrie-4.0-Installationen. Im Energiesegment geht es bei den Smart Grids um die Überwachung von Windparks oder die Steuerung von Microgrids mit diversen regenerativen Quellen vor Ort. Beim Facility Management um das Management komplexer Liegenschaften. Auf dem Verkehrstechnik-Markt findet man Server-Technologie für smarte Triebwagen und Waggons, um das Inventory Management zu verbessern sowie auch Infotainment-Systeme zu betreiben. Und diese findet man selbstverständlich auch in Flugzeugen und Fernverkehrsbussen. Auch für das autonome Fahren sind leistungsstarke Board-Computer nötig. Gleiches gilt auch für alle weiteren autonomen Vehikel wie beispielsweise für Aufklärungsdrohnen in der Luft. Weitere Zielmärkte finden sich in der Videoüberwachung sowie im Digital-Signage-Segment. Ein großes Anwendungsfeld ist zudem der Medizinbereich mit vernetzten Geräten im Krankenhaus, der Pflege und Diagnostik zuhause, Smart-City-Infrastrukturen sowie Carrier-Grade-Installationen – für welche sonstigen IoT-Services auch immer.

Die Tatsache, dass es so viele unterschiedliche IIoT-Applikation gibt, die Edge- oder Fog Computer benötigen, macht es erforderlich, dass die Server-Technologie, die hierfür zum Einsatz kommt, langzeitverfügbar, flexibel und robust ist. Die meisten der neuen Edge-, Fog- und Embedded-Server sind zudem elementarer Bestandteil der Geräte, Maschinen oder Anlagen und dadurch platzbeschränkt. Vorteilhaft wäre es deshalb, bereits auf Board-Ebene alle erforderlichen Schnittstellen umzusetzen. Besonders effizient kann man dies mit standardisierten Computermodulen und applikationsspezifischen Carrier Boards umsetzen. Deshalb hat congatec mit Server-on-Modules eine neue Server-Klasse für Computermodule definiert. Sie vereinfachen es, neueste hochintegrierte Server-Technologie als fertig entwickelte Komponenten zu nutzen und die erforderlichen individuellen Anpassungen mit begrenztem Aufwand und Kosten umzusetzen.

Standards sind der Schlüssel zum Erfolg

Ein großer Vorteil für die neuen Server-on-Modules ist dabei die Verfügbarkeit des offenen COM-Express-Standards für Computermodule, der von der PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) betreut wird. Diese Spezifikation liefert alles, was erforderlich ist, um industrielle High-End Embedded Server zu entwerfen. Das Layer Design der Module ist für hohe EMV-Konformität in rauer Industrieumgebung ausgelegt. Die zwei zweireihigen SMD-Steckverbinder sind robust und bieten 440 Pins für zahlreiche Schnittstellen. COM Express ist für die Hochleistungsschnittstellen der Standardcomputertechnologie optimiert und erfüllt gleichzeitig auch die höchsten Robustheitsanforderungen dank der stabilen Verbindung zum anwendungsspezifischen Carrier Board. In vielen Fällen sind es deshalb insbesondere die High-End Embedded Designs, die auf COM Express setzen – vor allem, wenn die Standard-Features der Motherboards nicht die Design-Anforderungen erfüllen oder wenn der Platz für die Anwendung beschränkt ist. Warum also nicht die gleiche Spezifikation nutzen, um wirklich reinrassige COM-Express-Module der Server-Klasse zu entwickeln? Aber wie unterscheiden sich diese von klassischen Computermodulen?

Server-on-Modules unterscheiden sich von klassischen Computermodulen durch die Prozessoren, das Feature Set sowie die Power- und Performance-Klassen. Außerdem sind ausgereifte Server-Module auch mit Software-Werkzeugen ausgestattet, mit denen man verteilte IoT-, M2M- und Industrie-4.0-Anwendungen verwalten kann. Sie bieten damit eine perfekte Passform für viele, über Edge- oder Fog Server angebundene Geräte. Enthalten sie zudem Fernverwaltungs-Technologien und integrierte Board Management Controller mit Watchdog Timer und Power Loss Control, dann eignen sich solche Module auch ideal für Überwachungs-, Verwaltungs- und Wartungsaufgaben aus der Ferne bis hin zum Out-of-Band Management. Ein Muss für industrielle Server-Technologie, wenn sie eine hohe Zuverlässigkeit bieten soll.

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Die weltweit ersten Server-Modul-Plattformen, die congatec vorgestellt hat, sind mit den neuesten Intel-Xeon-Server-Prozessoren der fünften Generationen bestückt und definieren so eine komplett neue Leistungsklasse des Embedded Computing Design mit Modulen. Das Modul conga-TS170 ist mit verschiedenen Intel-Xeon-Prozessoren verfügbar: Applikationen, die eine besonders hohe parallele Rechenleistung oder hohe Grafikleistung erfordern, sind mit der Version mit dem Intel Xeon E3-1515M v5 und Intels Iris-Pro-Grafik bestens bedient. Die GPU des Server-on-Module ist mit 128 MB eDRAM ausgestattet und bietet mit 72 Ausführungseinheiten eine dreimal höhere parallele Rechenleistung gegenüber der Skylake-Architektur ohne Iris-Grafik. Entwickler von kompakten COM Express Server Designs haben damit Zugriff auf eine neue Leistungsklasse, die vorher eine dedizierte Grafikeinheit erfordert hätte.

Für Applikationen, die eine hohe Medienverarbeitungskapazität benötigen, eignen sich die Versionen mit den Xeon-Prozessoren E3-1578L und E3-1558L, die Intel auf der Computex vorstellte und congatec parallel zum Launch bereits auf seinen Server-on-Modules integriert. Sie bieten ebenfalls 128 MB eDRAM und eine TDP von maximal 45 Watt. Allerdings weist ihre integrierte Intel-Iris-Pro-Grafik-Einheit mit bis zu 700 MHz einen doppelten Basistakt auf. Dies erhöht die Verarbeitungsleistung von Medien signifikant, da die Hardware-Beschleuniger, die z.B. für schnelle Video-Transkodierung zum Einsatz kommen, immer mit dem Basistakt betrieben werden und nicht den Turbo-Modus der Grafik nutzen. Damit sind sie Intels erste HEVC-Transcoder, die bis zu zwei 4K-HEVC-Ausgabe-Streams in Echtzeit verarbeiten können – oder bis zu 15 Full-HD-HEVC-Streams in 1080p-Auflösung. Bis zu 32 GB Adressraum für den Videospeicher (zum Vergleich: 1,7 GB beim Xeon E3-1505M) sorgen für eine zuverlässige Medienleistung selbst bei hohen Datenlasten. Davon profitieren besonders Infrastrukturanwendungen für Video-Konferenzen, Überwachungskameras und Video-on-Demand-Angebote.

Für das Management der verteilten IIoT Edge- und Fog Server bieten alle Varianten des Server-Moduls conga-TS170 auch leistungsfähige Tools der Server-Klasse. Dank Intel-vPro-Technologie und dem Board Management Controller von congatec mit Watch Dog Timer und Power Loss Control ist es auch für Remote Monitoring, Management und Maintenance – bis hin zum Out-of-Band Management – umfassend ausgestattet.