High-End-Embedded-Computermodule PICMG lässt sich in die COM-HPC-Karten schauen

COM-HPC/Client-Module sind mit 120 mm × 120 mm und 160 mm × 120 mm kompakter als die Server-Module. Sie nutzen dafür die kleineren SO-DIMMS. Zudem ersetzen vier Grafikausgänge via DDI und eDP/MIPI-DSI einige PCIe-Lanes.

Noch ist der neue Standard nicht veröffentlicht. Dennoch geben Jess Isquith, CEO der PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG), und Christian Eder, Vorsitzender der PICMG-COM-HPC-Arbeitsgruppe, einen Ausblick auf die neuen Spezifikationen für die High-End-Computermodule.

Markt&Technik: Warum ein neuer Standard für Computermodule?

Jess Isquith: Eine neue Spezifikation für Computermodule war vor allem deshalb erforderlich, um neue, besonders leistungsorientierte Anwendungen abdecken zu können, wie wir sie beispielsweise bei Server-on-Modules auf Edge-Layer-Level sehen oder die sehr schnelle GPGPU-Anbindungen für KI und Machine-Learning benötigen. Der aktuelle COM-Express-Standard bietet hierzu nur 32-PCIe-Lanes und unterstützt nur Lösungen bis hin zu PCIe Gen 3.0, was maximal 8 Gbit/s je Lane bedeutet. Ergo gibt es keine ausreichenden Leistungsreserven mehr, um die kommenden High-End-Anforderungen bewältigen zu können. Auch die Konnektivitätsbandbreite der Module soll ganz erheblich gesteigert werden. COM Express bietet 10-Gbit/s-Ethernet pro Signalpaar. COM-HPC wird 25-Gbit/s-Ethernet und mehr unterstützen. Möglich sind Übertragungsraten von bis zu 100 Gbit/s und theoretisch sogar 200 Gbit/s.

Diese enorme Leistungssteigerung lässt sich nicht durch eine Erweiterung des bestehenden COM-Express-Standards erreichen.

Isquith: Genau! Sie erfordert die Einführung einer komplett neuen High-End-Computer-on-Modules-Klasse. Dabei soll COM-HPC den aktuellen COM-Express-Standard keinesfalls ersetzen, sondern beide Spezifikationen werden abhängig vom Einsatzgebiet und seinen Anforderungen voraussichtlich noch über viele Jahre und wahrscheinlich auch Jahrzehnte parallel existieren, denn selbst nach knapp 15 Jahren COM Express gibt es auch heute noch ETX-Module, die Vorgänger des COM-Express-Standards waren.

Wer sind die momentan an der Standarisierung beteiligten Firmen?

Isquith: Die am 23. Oktober 2018 ins Leben gerufene PICMG-COM-HPC-Arbeitsgruppe setzt sich aktuell aus zwanzig Mitgliedern und sogenannten ‚Supporting Companies‘ zusammen, die sich seitdem in wöchentlichen Calls zusammenfinden, um die Inhalte für den neuen Standard zu diskutieren und festzulegen. Zu den in der PICMG COM-HPC organisierten Mitgliedern zählen die Universität Bielefeld sowie die Unternehmen Adlink, Advantech, congatec, Elma Electronic, Emerson Machine Automation Solutions, EPT, Fastwel, GE Automation, Heitec, Intel, Kontron, MEN, MSC Technologies, N.A.T., Samtec, Seco, TE Connectivity, Trenz Electronic und VersaLogic. Die Unternehmen Adlink, congatec und Kontron treten zudem als Sponsoren der Arbeitsgruppe auf. Vorsitzender der COM-HPC-Arbeitsgruppe ist Christian Eder, Marketing-Direktor von congatec, der bereits als Draft Editor an der Weiterentwicklung des aktuellen COM-Express-Standards maßgeblich beteiligt war. Stefan Milnor von Kontron und Dylan Lang von Samtec unterstützen Christian Eder zudem in ihren Funktionen als Editor und Schriftführer der PICMG-COM-HPC-Arbeitsgruppe.

Welche Board-Formate sind in der Diskussion?

Christian Eder: COM-HPC-Module soll es in zwei Ausführungen mit unterschiedlichen Performance-Ansprüchen geben. COM-HPC/Server-Module sind für den Einsatz in Edge-Server-Umgebungen zugeschnitten und legen ihren Fokus zum einen auf die für Serverapplikationen benötigten Arbeitsspeicherkapazitäten, eine leistungsfähige Ethernet-Anbindung des Servers und die Fähigkeit, viele Cores zur Konsolidierung hoher Workloads bereitzustellen. Das Server-Modul wird mit seinem Footprint von 160 mm × 160 mm voraussichtlich bis zu vier DIMM-Sockel hosten, während die größere 200-mm×160-mm-Variante sogar bis zu acht DIMM-Sockel integrieren kann.

Für eine besonders hohe Ethernet-Performance stehen in der COM-HPC-Spezifikation bis zu 25 Gbit/s Ethernet je Signalpaar bereit, was die Anbindung eines COM-HPC/Server-Moduls mit bis zu 2 × 100 Gbit&/s Ethernet (je 4 Lanes) ermöglicht und somit auch für einen breitbandigen Up-, Down- und Crosslink in Richtung zentrale Clouds und benachbarte Edge-Fogs sorgt. Im Vergleich dazu ist bei den bislang verfügbaren COM-Express-Modulen die Netzwerkanbindung auf maximal 10 Gbit/s Ethernet pro Signalpaar begrenzt.