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Interview mit Christian Eder, Congatec

»Die Entwicklung läuft auf Hochtouren«

03. September 2020, 08:00 Uhr   |  Tobias Schlichtmeier

»Die Entwicklung läuft auf Hochtouren«
© Congatec

»Mit unserem COM-HPC-Modul auf Basis des Tiger-Lake-UP3-Prozessors beginnt eine neue Ära des Embedded Computings«.

Im letzten Jahr wurde der neue COM-HPC-Standard vorgestellt. Nun bringt Congatec das erste Modul auf den Markt. Im Elektronik-Interview spricht Christian Eder über die Vorteile von COM-HPC, die Unterschiede zu PCI Express und wie es um die Lieferfähigkeit von Congatec bestellt ist.

Christian Eder ist Director Marketing bei Congatec und Chairman des PICMG Subkomitees für COM-HPC. Eder hat 30 Jahre Embedded-Computing-Erfahrung und ist einer der Gründer von Congatec. Davor war er unter anderem Produktmanager für Industriecomputer bei Kontron und Force Computers. Er hält einen Abschluss in Elektrotechnik der Fachhochschule Regensburg.

Herr Eder, mit dem Launch von Intels elfter Core-Prozessor-Generation, Codename »Tiger Lake UP3«, hat Congatec das erste COM-HPC-Modul auf den Markt gebracht. Was macht die Einführung des neuen Standards erforderlich?

Die für das High-End Embedded Computing genutzte COM-Express-Spezifikation der PICMG ist bereits 15 Jahre alt. Sie war damals sehr ausgefeilt und erforderlich, weil der parallele PCI-Bus Geschichte wurde. Nachfolgend sollte die serielle Schnittstelle PCI Express das Maß aller Dinge werden. Zudem stand Ethernet vor dem Sprung von 100 Mbit zu 1 Gigabit-Ethernet (GbE) Datenrate.

Ähnlich verhält es sich heute mit COM-HPC. Die neue Spezifikation ist ausgelegt, um bis zu achtfach 25 GbE zu integrieren und bei PCIe ist die Leistung ebenfalls deutlich gestiegen, Hier sind wir mittlerweile bei der vierten Generation angelangt und die fünfte ist mit bis zu 32 Gigatransfers pro Sekunde (GT/s) bereits in Sichtweite. Sie bietet gegenüber PCIe der ersten Generation, die maximal 2,5 GT/s erreicht, ein Vielfaches an Leistung und wird ebenso von COM-HPC abgedeckt.

COM-HPC kann voraussichtlich selbst die noch in Arbeit befindliche sechste Generation von PCIe, also eine weitere Verdopplung der Bandbreite mittels Puls-Amplituden-Modulation mit vier Spannungslevels (PAM4), abdecken. Jedoch kann das erst abschließend getestet werden, wenn die PCI-Express-Spezifikation fertig ist. Neben der Leistung pro Pin erhöht COM-HPC die Gesamtbandbreite von 440 Pins auf 800. Folglich sind komplexere Edge-Server-Prozessoren integrierbar. Genau das ist wichtig, da das Edge-Computing zusammen mit Networking- und Storage-Equipment für Embedded-Systeme ein wichtiger Entwicklungsmarkt wird. Aufgrund des IoT-Trends mit den industriellen Clouds und dem echtzeitfähigen Fog-Computing gewinnt dieser Markt zunehmend an Bedeutung.

Viele Entwickler wollen vielleicht lieber an alten COM-Express-Modulen festhalten. Denn Gewohntes ist oft die erste Wahl. Können Sie kurz die Vorteile von COM-HPC im Vergleich mit COM Express erläutern?

COM-HPC ist der Standard für neue High-Speed COM & Carrier Designs. Er bietet die erforderliche Konformität für High-Speed-Schnittstellen, die COM Express bisher nicht hat. Zudem besitzt er das Potenzial, fast doppelt so viele Schnittstellen auszuführen wie COM Express. Der klassische COM-Express-Konnektor ist lediglich bis PCIe der dritten Generation spezifiziert. Somit können wir den PCIe-Bus der vierten Generation, wie er mit den neusten Prozessoren verfügbar wird, ausschließlich im Kompatibilitätsmodus zu PCI Gen 3 nutzen. Es wird zwar an einem neuen Konnektor für COM Express gearbeitet – er soll physikalisch identisch, jedoch elektrisch leistungsfähiger sein. Bisher konnten wir ihn jedoch noch nicht testen.

COM-HPC
© Congatec

Bild 1. Congatec macht die elfte Intel-Core-Prozessorgeneration auf COM-HPC Client Size A und COM Express Compact verfügbar.

Müssen Entwickler nun Angst haben, in ihren aktuellen Projekten alles umwerfen zu müssen, weil sie COM-Express nicht mehr einsetzen können?

Sicherlich nicht – die neuen Intel Core- und AMD Ryzen-Prozessor-Klassen wird es weiterhin als COM-Express-Ausführung geben. Von daher können Entwickler bestehende Designs noch lange auf Basis von COM Express weiter bedienen. Erst recht, wenn ein neuer Konnektor für COM Express erscheint. Dennoch bietet COM-HPC Vorteile, was die Funktionsvielfalt und den High-Speed-Schnittstellen-Support und damit die langfristige Zukunftsperspektive betrifft. Eine Migration von COM Express Basic zu COM-HPC-Client Size A – also der kleinsten Modulgröße des neuen Standards – ist kein Problem. Insofern sollten Kunden in jedem Fall prüfen, ob COM-HPC nicht die bessere Wahl ist. Attraktiv sind weiterhin die erweiterten Remote-Management-Funktionen, die gerade für IoT-Geräte zunehmend wichtig sind. Gerne beraten wir Original Equipment Manufacturer (OEMs) unverbindlich bei der Design-Entscheidung zwischen COM-HPC und COM Express. Hierzu haben wir jüngst auch ein Whitepaper veröffentlicht, das auf der Congatec Landingpage zum Launch der elften Generation der Intel-Core-Prozessoren verfügbar ist.

Es wird zwischen COM-HPC Server- und Client-Modulen unterschieden. Worin genau differenzieren sich die beiden Modul-Typen?

Generell gehen wir von zwei Anwendungsfeldern aus. Server, die in der Regel headless sind und Clients, die umfassenden Grafiksupport bieten. Das sind die wesentlichen Unterschiede, die sich ebenso auf die Schnittstellen auswirken. Während Client Module viele Signal-Pins für die Grafik benötigen, nutzen wir die Pins bei den Server-Modulen für ein Mehr an PCIe und Ethernet.

Neben den unterschiedlichen Schnittstellen-Spezifikationen unterscheiden sich die Module im Formfaktor. Die Client-Module gibt es in den drei Größen A, B und C, Server-Module in den Größen D und E. Die COM-HPC-Spezifikation erlaubt zwar alle Kombinationen, Size E mit Client Pinout ergibt aus heutiger Sicht jedoch keinen Sinn. Mit zunehmender Größe steigt der Platz für ein Mehr an Speicher. So können wir bei den größten Server-Modulen bis zu acht vollwertige DIMM-Speichermodule für aktuell bis zu 1,0 Terabyte RAM integrieren. Normale Bestückungen der Size A bieten dagegen in der Regel lediglich zwei SODIMM-Bänke für aktuell 32 GByte DDR4-Module – insgesamt also 64 GByte RAM. Diese Leistung ist durchaus vergleichbar mit COM Express Basic.

Gibt es Vorteile für bestimmte Prozessor-Architekturen oder ist der Entwickler frei bei der Wahl der MCU?

Er ist frei und muss sich einzig an die Spezifikation halten – enthalten sind lediglich Standard-Schnittstellen, die nicht spezifisch für die unterschiedlichen Prozessor-Architekturen abgebildet sind. Die COM-HPC-Spezifikation lässt sogar einen PCI Express »Device-Mode« zu, ist also mit einem PCI Express Clock-Eingang ausgestattet. So ist der Entwickler in der Lage, zum Beispiel GPU- oder FPGA-Karten in der industriellen Bauweise eines COM-HPC-Moduls zu implementieren. Selbst mehrere CPU-Module können per PCI Express direkt und mit hoher Leistung kommunizieren.

Spezifikation
© Congatec

Bild 2. Die Unterschiede der COM-HPC- und COM-Express-Spezifikationen auf einen Blick.

Entwicklungen rund um KI und IoT sind gerade im Fokus vieler Entwickler. Wie unterstützt COM-HPC diese Entwicklung?

KI ist vielfach untrennbar mit paralleler Datenverarbeitung verbunden. Die Master-/Slave-Funktionen der Spezifikation können hier wertvolle Unterstützung geben, um mehrere CPUs parallel zu betreiben. Zusätzlich massiv-parallele Recheneinheiten wie GPGPUs oder FPGAs kann der Anwender über PCI Express Lanes verbinden. KI baut zudem oft auf Videoinformationen als Datenquelle auf. Bis zu zwei MIPI-CSI-Schnittstellen werden hierzu von COM-HPC nativ unterstützt.

Das Entwickeln von IoT-Anwendungen wird mit zusätzlichen Ethernet-Schnittstellen sowie komplexeren Remote-Management-Funktionen unterstützt. Letztlich sind es die leistungsfähigeren Multi-Core-Prozessoren, die viele virtuelle Maschinen parallel hosten können. In dem Feld werden wir ebenso zahlreiche Anwendungen konsolidieren können. Attraktiv ist das Congatec Angebot aufgrund des umfassenden Supports des echtzeitfähigen RTS-Hypervisors, unseres Tochterunternehmen Real-Time Systems.

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