COM-HPC-Ecosystem High-Performance-Boost für modulare Systeme

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Mit COM-HPC hat die PICMG eine Spezifikation für Computer-on-Modules geschaffen, die speziell auf die kommenden Performance- und Bandbreitenanforderungen der digitalen Transformation ausgelegt ist. Christof Wilde, PR-Manager bei Congatec, informiert.

COM-HPC ordnet sich deutlich oberhalb von COM Express ein und ist damit eine langfristig besonders nachhaltige Basis für alle heutigen und zukünftigen Applikationen . Die Spezifikation COM-HPC Mini erleichtert den Umstieg bestehender Designs auf diesen neuen High-Performance-Standard.

PCIe Gen 5 braucht eine neue Spezifikation

Zunächst ist jedoch festzuhalten, dass COM Express auch weiterhin aktiv mit neuen Modulen und Updates unterstützt wird. Es gibt schließlich eine Vielzahl an Applikationen, die keinen Performanceboost oberhalb von PCIe Gen4 und GbE oder deutlich mehr Schnittstellen benötigen als bisher. Insofern werden auch nur die Applikationen migrieren, die die neuen Features benötigen. Mit der Einführung von – unter anderem – PCIe Gen 5 war es erforderlich, eine neue Spezifikation zu schaffen, um das Potenzial neuester Prozessortechnologie wie die Intel Core Prozessoren der 13. Generation auch für NRE-Kosten sparende und Designsicherheit bietende Computer-on-Modules auf die Straße zu bringen.

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Mit der Spezifikation COM-HPC Mini, deren abschließende Ratifizierung voraussichtlich im ersten Halbjahr 2023 erfolgen wird, können bestehende COM-Express-Designs nun vergleichsweise einfach migrieren. COM-HPC Mini ist im Vergleich zu COM Express Compact kleiner, baut flacher und bietet mit 400 High-Performance-Pins fast die gleiche Anzahl an Interfaces über einen einzigen Konnektor, für die COM Express noch zwei braucht. Es ist mechanisch also keine Herausforderung, ein solches Modul in bestehende Systemdesigns zu integrierten. Lediglich das Carrierboard ist anzupassen.

Bei der Entwicklung einer nächsten Generation von Systemen stehen OEM-Kunden deshalb aktuell vor der Frage: Soll beispielsweise die 13. Generation von Intels Core-Prozessoren weiterhin auf COM Express Compact genutzt werden? Dann braucht man nur das neue Computer-on-Modules zu implementieren.

Oder soll die 13. Generation von Intels Core-Prozessoren dazu genutzt werden, alle oberhalb der von COM Express verfügbar gewordenen Funktionen neu in die Systeme zu integrieren? Worum geht es aktuell also ganz konkret, abseits von langfristigen Strategieentscheidungen: Soll man innerhalb der Performancerange bleiben oder alternativ einen High-Performance-Upgradepfad wählen?

Leistungsfähigere Schnittstellen

Einer der High-Performance-Gründe für COM-HPC ist sicherlich die Möglichkeit, die mit 32 Gigatansfers pro Sekunde (GT/s) doppelt so hohe Bandbreite von PCIe Gen5 nutzen zu können, was beispielsweise neueste GPUs und SSDs in Kombination mit den neuesten Prozessoren wie die 13. Generation von Intels Core-Prozessoren optimal nutzbar macht. Eine hohe Bandbreite ist hier beispielsweise für die ständig größer werdenden KI- und High-Performance-Computing-Datensätze immens wichtig, denn das Laden von Daten ist für die End-to-End-Leistung von Applikationen entscheidend.

Werden die Systeme zudem als Edge-Knotenpunkte massiv vernetzt, ist sowohl eine zweite nativ auf dem Modul unterstützende Ethernet-Schnittstelle und eine Steigerung der Ethernet-Bandbreite unabdingbar. Der Sprung von 1 x GbE auf bis zu 2 x 10 GbitE mit TSN und 2 x 10 GbitE via Serdes bietet hier einen immensen Performanceschub nach vorne sowie die Option, anstelle einer Star-Vernetzung auch eine Linien- oder Ringvernetzung der Systeme umzusetzen.

Praktisch ist auch der Support von bis zu 4 x USB 4.0, 4 x USB 3.2 x1 / USB 3.2 x1 + 8 x USB 2.0 für zahlreiche Erweiterungen und beispielsweise komfortable Thunderbold-4-Implementierungen. Ermöglicht wird so beispielsweise Energieversorgung, Nutzereingaben und hochauflösende Videosignale über ein einziges Kabel an HMIs zu übertragen oder auch bis zu fünf zusätzliche Geräte in Reihe zu schalten: Dockingstationen, Hubs, externe PCIe-Geräte, externe Grafik und bis zu zwei 4K-Displays.

All dies und zahlreiche weitere Verbesserungen machen COM-HPC zu dem Standard der Zukunft, der dank COM-HPC Mini mit verhältnismäßig wenig Aufwand beschritten werden kann. Denn im Prinzip muss nur das Carrierboard und die Kühllösung für das Modul adaptiert werden.

Embedded-World-Highlight: COM-HPC Mini

Congatec präsentierte sein Flaggschiff samt erster Muster eines COM-HPC-Mini-Designs auf der Messe Embedded World in Nürnberg. Die ersten High-Performance COM-HPC-Mini-Module, die nach der endgültigen Ratifizierung der neuen Spezifikation durch die PICMG offiziell vorgestellt werden, sind mit Intels neuen Core-Prozessoren der 13. Generation (Codename Raptor Lake) bestückt, die den neuesten Benchmark für das High-End des Embedded- und Edge-Computings auf Client-Ebene darstellen.

Zusammen mit den kürzlich von Congatec vorgestellten leistungsstarken Computer-on-Modulen mit Intels Core-Prozessoren der 13. Generation auf COM-HPC Client Size A und Size C steht Entwicklern auf COM-HPC nun die gesamte Module-Bandbreite für diese neue Prozessorgeneration zur Verfügung. Dank modernster Konnektivität eröffnet der COM-HPC-Standard Entwicklern innovativer Designs neue Horizonte in Bezug auf Datendurchsatz, I/O-Bandbreite und Leistungsdichte, die mit COM Express nicht erreicht werden können. Congatecs COM-Express-3.1-konforme Module mit Intels Core-Prozessoren der 13. Generation tragen hingegen vor allem dazu bei, Investitionen in bestehende OEM-Designs zu sichern, indem sie beispielsweise Upgrade-Optionen für mehr Datendurchsatz dank PCIe Gen 4-Unterstützung bieten.

Services und Trainings helfen beim Design-In

Wie aber kommen OEM schnell zu einer COM-HPC-Implementierung? Hier greifen Hersteller wie Congatec Kunden mit einer eigenen Schulungs-Akademie unter die Arme, die Carrier-Board-Design-Trainingsprogramme anbietet, um Entwicklern Best-Practice-Wissen für das Design-In zu vermitteln. Ziel ist es, Systemarchitekten einen schnellen, einfachen und effizienten Einblick in die Designregeln des neuen PICMG-Standards zu geben. Die Schulungskurse führen Entwickler beispielsweise durch alle obligatorischen und empfohlenen Designgrundlagen und Best-Practice-Schaltpläne für Computer-on-Modules und versetzen sie in die Lage, ihre eigenen Carrier-Board-Designprojekte zu starten. Der Wissenstransfer konzentriert sich auf standardkonforme Carrier-Board-Designs, die für den Aufbau interoperabler, skalierbarer und langlebiger kundenspezifischer Embedded-Computing-Plattformen unerlässlich sind. Die Akademie wird weltweit operieren, Online- und Vor-Ort-Kurse anbieten und richtet sich an Entwickler bei OEMs, VARs und Systemintegratoren.

„Simplify the Use of Embedded Technology“

Kunden die zwar COM-HPC einsetzen wollen, aber selbst nicht über die Ressourcen zur Integration der Module verfügen, bietet Congatecs Design-In-Service zudem auch die Möglichkeit, dies zu übernehmen. Carrierboard-Designs, optimierte Kühllösungen und auch noch weitreichendere Systemintegrationsservices sind möglich. Mit diesem umfassenden Angebot an Produkten und Services, baut Congatec das Versprechen „we simplify the use of embedded technology“ weiter aus.

Mit diesem umfassenden Angebot von Modulen, Kühllösungen und fertigen Evaluation- und Application-Carrierboards über Design-in-Trainings bis hin zu kompletten Design-in-Services gestaltet Congatec ein umfassendes COM-HPC-Ökosystem, in dem Neudesigns und Designsprints zur Migration von COM Express zu COM-HPC Mini keine große Herausforderung mehr sind. (mk)

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