用于高端嵌入式/中級服務(wù)器的COM-HPC標(biāo)準(zhǔn)

嵌入式計(jì)算設(shè)計(jì)有機(jī)會分享有關(guān) COM-HPC 標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列和封裝的更多細(xì)節(jié)，許多高速嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員肯定會在即將到來的英特爾和 AMD 處理器中使用這些標(biāo)準(zhǔn)，用于高端嵌入式/中級服務(wù)器。

更高的性能，更多的接口

很容易解釋對補(bǔ)充 COM Express 的新規(guī)范的需求。由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對提供高速性能的嵌入式計(jì)算機(jī)的需求正在增長。為了服務(wù)于新型嵌入式邊緣服務(wù)器，可擴(kuò)展性必須是無限的。憑借其 440 針 COM Express 沒有足夠的接口用于強(qiáng)大的邊緣服務(wù)器。COM Express 連接器的性能也在慢慢接近極限。雖然 COM Express 可以輕松處理 PCIe Gen 3 的 8.0 GHz 時(shí)鐘速度和 8 Gbit/s 吞吐量，但連接器是否滿足某些技術(shù)進(jìn)步（例如 PCIe Gen 4）仍有待定論。

COM-HPC 為嵌入式計(jì)算服務(wù)器和嵌入式計(jì)算客戶端指定了兩種不同的引腳排列。

無頭嵌入式服務(wù)器性能

在新型無頭邊緣服務(wù)器中，對超高嵌入式邊緣性能和擴(kuò)展連接性的需求最大，這些服務(wù)器越來越多地用作工業(yè)應(yīng)用中的分布式系統(tǒng)，以應(yīng)對惡劣環(huán)境和擴(kuò)展溫度范圍。為了說明這種對高性能邊緣的需求，例如，使用視覺和人工智能邏輯來建立態(tài)勢感知的自動(dòng)駕駛汽車，當(dāng)事情變得棘手時(shí)，它根本無法等待在云中計(jì)算出算法。它必須能夠立即做出反應(yīng)。這同樣適用于協(xié)作機(jī)器人。這要求系統(tǒng)提供至少 10 GbE 連接以及使用大量并行計(jì)算單元的能力，例如，預(yù)處理成像傳感器數(shù)據(jù)或執(zhí)行復(fù)雜的深度學(xué)習(xí)算法。今天，GPGPU 越來越多地用于執(zhí)行此類靈活和多功能的任務(wù)。它們經(jīng)常取代 FPGA 和 DSP，它們需要與中央 CPU 內(nèi)核的高速連接。這種需求隨著任務(wù)的復(fù)雜性而增加。憑借其眾多 PCIe 通道，COM-HPC 系統(tǒng)可以容納比 COM Express 更多的加速器卡，從而進(jìn)一步提高性能。

COM-HPC 指定了五種不同的外形尺寸：兩種用于嵌入式計(jì)算服務(wù)器，與 COM Express Basic/Compact 和 Mini 類似，三種用于嵌入式計(jì)算客戶端。所有版本均提供 800 個(gè)引腳。COM Express 僅提供 440 個(gè)引腳，這幾乎是 COM Express 和 COM-HPC 之間唯一的顯著區(qū)別，而市場上還沒有 PCIe Gen 4 產(chǎn)品。COM-HPC 服務(wù)器模塊的第二個(gè)主要特點(diǎn)是多達(dá) 8 個(gè) DIMM 插槽，目前可提供高達(dá) 1 TB 的 RAM。

海量并行數(shù)據(jù)處理

醫(yī)學(xué)成像也需要結(jié)合強(qiáng)大的 CPU 和海量并行數(shù)據(jù)處理能力的設(shè)置，其中人工智能的使用正在增加，以支持基于現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)的醫(yī)學(xué)診斷。相同的性能要求適用于工業(yè)檢測系統(tǒng)中使用的無數(shù)視覺系統(tǒng)以及公共視頻監(jiān)控系統(tǒng)。隨著越來越多以前獨(dú)立的機(jī)器和系統(tǒng)正在聯(lián)網(wǎng)，整個(gè)工業(yè) 4.0 應(yīng)用領(lǐng)域也需要更強(qiáng)大的連接性。所有這些都推動(dòng)了對嵌入式系統(tǒng)中高速接口的需求，以實(shí)現(xiàn)高性能互聯(lián)網(wǎng)解決方案，包括對觸覺實(shí)時(shí)行為的 TSN 支持。此外，越來越多的工作負(fù)載需要整合到一個(gè)系統(tǒng)中。除了視覺系統(tǒng)和深度學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)預(yù)處理之外，這還包括用于入侵檢測的防火墻和嗅探系統(tǒng)，它們必須與運(yùn)行的應(yīng)用程序并行處理幾乎相同的負(fù)載。這使要求加倍，并且需要將管理程序技術(shù)用于具有實(shí)時(shí)能力的虛擬機(jī)，例如 Real-Time Systems 的 RTS Hypervisor。其他應(yīng)用包括用于汽車測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器和用于 5G 的測量技術(shù)以及具有通過 PCIe 連接的快速 NVMe 內(nèi)存的工業(yè)存儲系統(tǒng)。工業(yè)服務(wù)器機(jī)架中的 5G 無線電塔和模塊化刀片的邊緣邏輯也可以從高性能計(jì)算機(jī)模塊中受益。它必須與正在運(yùn)行的應(yīng)用程序并行處理幾乎相同的負(fù)載。這使要求加倍，并且需要將管理程序技術(shù)用于具有實(shí)時(shí)能力的虛擬機(jī)，例如 Real-Time Systems 的 RTS Hypervisor。其他應(yīng)用包括用于汽車測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器和用于 5G 的測量技術(shù)以及具有通過 PCIe 連接的快速 NVMe 內(nèi)存的工業(yè)存儲系統(tǒng)。工業(yè)服務(wù)器機(jī)架中的 5G 無線電塔和模塊化刀片的邊緣邏輯也可以從高性能計(jì)算機(jī)模塊中受益。它必須與正在運(yùn)行的應(yīng)用程序并行處理幾乎相同的負(fù)載。這使要求加倍，并且需要將管理程序技術(shù)用于具有實(shí)時(shí)能力的虛擬機(jī)，例如 Real-Time Systems 的 RTS Hypervisor。其他應(yīng)用包括用于汽車測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器和用于 5G 的測量技術(shù)以及具有通過 PCIe 連接的快速 NVMe 內(nèi)存的工業(yè)存儲系統(tǒng)。工業(yè)服務(wù)器機(jī)架中的 5G 無線電塔和模塊化刀片的邊緣邏輯也可以從高性能計(jì)算機(jī)模塊中受益。其他應(yīng)用包括用于汽車測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器和用于 5G 的測量技術(shù)以及具有通過 PCIe 連接的快速 NVMe 內(nèi)存的工業(yè)存儲系統(tǒng)。工業(yè)服務(wù)器機(jī)架中的 5G 無線電塔和模塊化刀片的邊緣邏輯也可以從高性能計(jì)算機(jī)模塊中受益。其他應(yīng)用包括用于汽車測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器和用于 5G 的測量技術(shù)以及具有通過 PCIe 連接的快速 NVMe 內(nèi)存的工業(yè)存儲系統(tǒng)。工業(yè)服務(wù)器機(jī)架中的 5G 無線電塔和模塊化刀片的邊緣邏輯也可以從高性能計(jì)算機(jī)模塊中受益。

COM-HPC 是計(jì)算機(jī)模塊市場發(fā)展的一致步驟。然而，COM-HPC 可能需要數(shù)年才能達(dá)到與 COM Express 相似的市場份額，因?yàn)?COM Express 也需要大約 5 年的時(shí)間才能在數(shù)量上超過 ETX。由于 ETX 模塊今天仍在銷售，現(xiàn)有的 COM Express 客戶也可以期望在未來很多年都能夠購買 COM Express 模塊。

高達(dá) 1 TB 的 RAM

COM？HPC 將通過高達(dá) 100 GbE、高達(dá) 32 Gb/s PCIe 第 4 代和第 5 代以及多達(dá) 8 個(gè) DIMM 插槽和功率超過 200 瓦的高速處理器來滿足這些高速性能要求。力量。新標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分了兩個(gè)基本變體：無頭 COM？HPC 服務(wù)器模塊，也可以稱為服務(wù)器模塊，以及 COM？HPC 客戶端模塊，它們遵循 COM Express Type 6 計(jì)算機(jī)模塊的概念。

COM？HPC 服務(wù)器模塊將能夠通過其 8 個(gè) DIMM 插槽托管 1.0 TB 的巨大 RAM。它們還將運(yùn)行高達(dá) 8x 25 GbE 并支持多達(dá) 64 個(gè) PCIe Gen 4 或 Gen 5 通道（即，高達(dá) 256 GB/s 的 I/O 性能）。這種超快速連接屬于嵌入式邊緣服務(wù)器類，新的 PCIe 通道通過 PCIe Gen 5 提供超過 32 Gbit/s 的傳輸速率。這種性能是必需的，并且可以通過高性能接口直接實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榻M件具有傳輸 28 Gbs 不歸零 （NRZ） 的能力已經(jīng)可用。此外，通過 800 個(gè)引腳計(jì)劃最多 2 個(gè)功能強(qiáng)大的 USB 4 接口。這些接口基于 Thunderbolt 3.0，提供 40 Gb/秒 （Gbps）。這相當(dāng)于每秒大約 5 GB，速度大約是 USB 3 的兩倍。2，最大 20 Gbps，也支持高達(dá) 2x。額外的 4 個(gè) USB 2.0 接口完善了 COM？HPC 服務(wù)器模塊上的 USB 選擇。除了 2x 本機(jī) SATA，還提供對 eSPI、2xSPI、SMB、2x I2C、2xUART 和 12 GPIO 的支持，以集成簡單的外圍設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信接口，例如用于服務(wù)目的。

COM-HPC 服務(wù)器和客戶端模塊上可用的 USB 4.0 接口集成了 Thunderbolt 3，它支持高達(dá) 40 Gbps、兩個(gè) 4K 顯示器、高達(dá) 100 瓦以及 PCIe、USB、DisplayPort 和 Thunderbolt 協(xié)議。

服務(wù)器級主板管理

COM-HPC 的另一個(gè)新特性是集成的系統(tǒng)管理界面。該軟件接口目前由 PICMG 小組委員會定義，旨在將強(qiáng)大而復(fù)雜的 IPMI 定義的一小部分包含在 COM-HPC 規(guī)范中，以便輕松實(shí)現(xiàn)完整的服務(wù)器功能。由于這個(gè)接口，COM-HPC 將提供真正的邊緣服務(wù)器功能，通過在載板上集成合適的服務(wù)器級板管理控制器 （BMC），可以廣泛擴(kuò)展這些功能。將需要相關(guān)的載板設(shè)計(jì)指南來幫助標(biāo)準(zhǔn)的新手入門。該規(guī)范將進(jìn)一步提供為圖形處理器或 FPGA 開發(fā) COM-HPC 設(shè)備模塊的可能性。為此，該規(guī)范定義了 PCIe 時(shí)鐘輸入，以便 COM-HPC 模塊也可以用作客戶端。這使得設(shè)計(jì)靈活和緊湊的異構(gòu)計(jì)算解決方案成為可能，而無需復(fù)雜的提升卡，而傳統(tǒng)上，顯卡是為在主板上以 90 度角安裝的 PCIe 插槽而開發(fā)的。它們還提供了更少的連接選項(xiàng)。這同樣適用于 MXM3 顯卡的替代品，因?yàn)樗鼈円仓挥?314 個(gè)引腳。借助 COM-HPC 支持極薄的模塊化設(shè)計(jì)，也適用于 GPGPU，因此可以為機(jī)架系統(tǒng)設(shè)計(jì)薄插槽卡，這些卡既提供 COM-HPC 服務(wù)器模塊，又提供基于 GPGPU、FPGA 或 DSP 的加速器模塊。所有三種加速器模塊變體的匹配解決方案已經(jīng)在開發(fā)中，因此 COM-HPC 不再只是嵌入式邊緣服務(wù)器處理器的標(biāo)準(zhǔn)，還可以用于 GPGPU，

與迄今為止通過 PCIe 3.0 支持的最大 8 Gb/s 相比，COM-HPC 將通過 PCIe 4.0 和 5.0 實(shí)現(xiàn)兩到四倍的吞吐量。

800 針而不是 440

除了為強(qiáng)大的嵌入式計(jì)算設(shè)定全新標(biāo)準(zhǔn)的超高性能嵌入式邊緣服務(wù)器類別之外，第二類 COM-HPC 客戶端模塊將自身定位在 COM Express Type 6 規(guī)范之上。由于較小的占位面積最多只能容納四個(gè) SO-DIMM 插槽，因此主要區(qū)別在于引腳的數(shù)量：與 COM Express 的 440 引腳相比，800 引腳顯然提供了更多的接口選項(xiàng)。但只要 COM Express 還可以處理 PCIe Gen 4，至少可以假設(shè)向下兼容性，COM Express 系統(tǒng)的開發(fā)人員不必切換到 COM-HPC 客戶端模塊。除了 49 個(gè) PCIe 通道（COM Express Type 6 僅提供 24 個(gè)）之外，現(xiàn)在首次有兩個(gè) 25 GbE KR 接口和最多兩個(gè) 10 Gb BaseT 接口，這大大超過了當(dāng)前的單一 GbE LAN。另一個(gè)吸引人的功能是最多兩個(gè) MIPI-CSI 接口，它們可以為態(tài)勢感知和協(xié)作機(jī)器人實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的攝像頭連接。許多開發(fā)人員還將欣賞除 4x USB 2.0 之外還提供的方便、多功能和極其強(qiáng)大的 USB 4.0 接口。最多有四個(gè)，用于連接速度高達(dá) 40 Gbps 的超高速內(nèi)存，或通過一根 USB-C 電纜連接最多兩個(gè) 4K 顯示器，包括電源和集成 10GbE 網(wǎng)絡(luò)連接。圖形也進(jìn)行了整理?，F(xiàn)在支持包括 3 個(gè)專用 DDI 接口。DisplayPort、DVI-I/VGA 和 DVI-I、HDMI 或 DVI 到 LVDS 轉(zhuǎn)換器的特定設(shè)計(jì)現(xiàn)在在載板上執(zhí)行。其他接口包括 2x SoundWire 和 I2S 以及 2x SATA；eSPI，

SoundWire 已作為新接口添加到規(guī)范中，將取代當(dāng)前使用的 HDA 接口。SoundWire 是一種 MIPI 標(biāo)準(zhǔn)，只需要兩條時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線，時(shí)鐘頻率高達(dá) 2.288 MHz，即可并行連接多達(dá)四個(gè)音頻編解碼器。每個(gè)編解碼器都會收到自己的 ID，該 ID 會被評估。

與新規(guī)范所涉及的公司之一有業(yè)務(wù)關(guān)系的 OEM 已經(jīng)可以開始合適的載板設(shè)計(jì)，只要他們遵守 NDA 并且不與第三方共享它們。新規(guī)范將僅在正式發(fā)布后作為開放標(biāo)準(zhǔn)提供。

審核編輯：郭婷