高端嵌入式處理器兩種計(jì)算機(jī)模塊外形提供不同選擇

多年來，高端嵌入式處理器首次提供兩種計(jì)算機(jī)模塊外形選項(xiàng)，即COM-HPCClient和COM ExpressType 6。第 11 代智能酷睿處理器（代號(hào)為 Tiger Lake）的到來為開發(fā)人員提供了決定哪種外形尺寸最符合其項(xiàng)目要求的機(jī)會(huì)。

新問題

COM Express在高端嵌入式計(jì)算領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，現(xiàn)在COM-HPC的到來給任何評(píng)估下一個(gè)高端嵌入式項(xiàng)目的人提出了新的問題。一個(gè)問題是COM Express和COM-HPC是否相互競(jìng)爭(zhēng)。答案是否定的，因?yàn)樗鼈兊?a target="_blank">規(guī)格旨在相互補(bǔ)充，這就是為什么兩種外形都支持第 11 代英特爾酷睿處理器的原因。

另一個(gè)問題是，既然兩種外形尺寸都是選項(xiàng)，是擴(kuò)展現(xiàn)有的COM Express投資，還是切換到新的模塊標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)新的載板。規(guī)?；蚯袚Q決策與迄今為止依賴COM Express的開發(fā)人員尤其相關(guān)。他們可能還會(huì)想：COM-HPC的開始是否也預(yù)示著COM Express的終結(jié)？COM Express 將持續(xù)提供多長(zhǎng)時(shí)間？我是否必須立即切換到 COM-HPC，還是可以等待？另一個(gè)考慮因素是切換到 COM-HPC 將如何影響 OEM 和客戶的競(jìng)爭(zhēng)地位。要回答這些問題，重要的是要知道 COM-HPC 客戶端模塊必須提供什么，以及它們與 COM Express Type 6 模塊有何不同。

基本型和尺寸 A：僅存在微小的占地面積差異

COM-HPC 客戶端與 COM Express Type 6 一樣，是 PICMG 計(jì)算機(jī)模塊規(guī)范。它是新的 COM-HPC 標(biāo)準(zhǔn)的一部分。這也指定了 COM-HPC 服務(wù)器模塊，但本文不需要進(jìn)一步考慮這些模塊，因?yàn)樗鼈兪敲嫦蚍?wù)器的無頭的，而 COM-HPC 客戶端模塊（如 COM Express Type 6 模塊）支持圖形。COM-HPC 客戶端模塊具有三種封裝，分別是 120 mm x 160 mm（尺寸 C）、120 mm x 120 mm（尺寸 B）和 120 mm x 95 mm（尺寸 A）。因此，最小的 COM-HPC 占用空間幾乎與 COM Express Basic 的 125 mm x 95 mm 相同.COM 95 mm x 95 mm 的 Express Compact 的緊湊度提高了約 21%。由于 COM-HPC Size A 外形尺寸僅比 COM Express Basic 小 4%，因此從 COM Express Basic 更改為 COM-HPC Size A 在占用空間方面沒有問題。

較大的大小 B 和大小 C 的 com-hpc 客戶端模塊大小使得這些模塊通常位于 COM Express Type 6 模塊之上，因此可以解決無法使用 COM Express 實(shí)現(xiàn)的高性能應(yīng)用程序。

使用 COM Express Basic 來集成比 COM Express Compact 上更強(qiáng)大的處理器的開發(fā)人員可以選擇 COM-HPC 客戶端大小 A 外形規(guī)格。但是，COM Express Compact 大小布局沒有 COM-HPC 客戶端選項(xiàng)。這清楚地表明，這兩個(gè)規(guī)格是互補(bǔ)的選擇。

COM-HPC 指定更高的 TDP

正如與COM Express相比，它們提供更大的占用空間選項(xiàng)一樣，COM-HPC模塊通常也允許更高的功率預(yù)算。憑借高達(dá) 200 瓦的熱設(shè)計(jì)功率 （TDP），COM-HPC 客戶端模塊的當(dāng)前性能大約是最強(qiáng)大的 COM Express Type 6 的三倍。與COM Express Basic相比，在137瓦TDP的上限下，COM-HPC客戶端TDP高出46%。對(duì)于現(xiàn)在或長(zhǎng)期需要比COM Express允許的更多的TDP和處理器能力的開發(fā)人員來說，COM-HPC是必須的。

COM-HPC Size A 模塊，例如采用第 11 代英特爾酷睿處理器的全新 15 瓦 conga-HPC/cTLU，將與以前的 COM Express 模塊的性能范圍更具可比性。此外，COM Express 設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)現(xiàn) COM-HPC 具有提供比 COM Express Type 6 更多的數(shù)據(jù)帶寬的優(yōu)勢(shì)，這從信號(hào)引腳的數(shù)量中可以明顯看出。

引腳數(shù)量幾乎翻倍，帶寬增加

COM Express Basic Type 6 和 COM-HPC 客戶端大小 A 之間的另外兩個(gè)主要區(qū)別是連接器和將模塊連接到特定于應(yīng)用的載板的信號(hào)引腳數(shù)量。與COM Express一樣，COM-HPC基于兩個(gè)連接器，但現(xiàn)在每個(gè)COM HPC連接器都有400個(gè)引腳。兩個(gè) COM Express 連接器各有 220 個(gè)引腳。擴(kuò)展到 800 個(gè)信號(hào)引腳，可以連接大約 80% 以上的接口。

COM-HPC 連接器專為最新的高速接口而設(shè)計(jì)，還兼容 PCIe 5.0 和 25 Gb/s 以太網(wǎng)的高時(shí)鐘速率。COM Express 目前僅在兼容模式下擴(kuò)展到 PCIe Gen 3.0 和 PCIe 4.0，這使得連接器成為限制因素。但是，正在努力將COM Express連接器替換為機(jī)械完全兼容但電子功能更強(qiáng)大且與PCIe 4.0兼容的連接器。這種連接器的更換預(yù)示著COM Express的未來。

內(nèi)存容量取決于占用空間

COM-HPC和COM Express都使用SO-DIMM或焊接內(nèi)存來獲取RAM容量。如前所述，COM Express Basic 和 COM-HPC 客戶端大小 A 的占用空間僅略有不同。COM Express Basic已經(jīng)表明，RAM容量目前最高為128 GB，因此考慮到大小A與COM Express Basic的接近程度，大小A的RAM容量將相似。

設(shè)計(jì)需要更多 RAM 的開發(fā)人員必須使用更大的外形尺寸。盡管COM Express確實(shí)指定了高于基本外形尺寸的更大模塊，但實(shí)際上這些模塊實(shí)際上無關(guān)緊要。因此，預(yù)計(jì)更大的模塊將主要基于COM-HPC標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)。這很可能很快就會(huì)發(fā)生，因?yàn)?COM-HPC 服務(wù)器模塊解決了最高至中等性能服務(wù)器類的解決方案，這些服務(wù)器類永遠(yuǎn)沒有足夠的 RAM。它們可以容納八個(gè)成熟的 SO-DIMM 內(nèi)存模塊，因此目前提供高達(dá) 1.0 TB 的 RAM。比較新推出的Tiger Lake UP3 COM Express Type 6 Compact和COM-HPC客戶端大小A模塊，后者提供更多內(nèi)存。但是，這種更多內(nèi)存的潛力尚未得到利用;兩個(gè)模塊都提供兩個(gè) SO-DIMM 插槽，用于 3200 MT/s 和 32 GB DDR4。因此，總共有64 GB內(nèi)存。這種未使用潛力的原因很簡(jiǎn)單：老虎湖UP3無法支持更多。在所有其他條件相同的情況下，由獲得更多RAM的需求驅(qū)動(dòng)的變化總是意味著選擇比COM Express Basic或COM HPC Size A更大的外形尺寸。然而，隨著內(nèi)存密度的不斷提高，RAM容量不太可能成為未來目標(biāo)多用途應(yīng)用的限制因素。

相同的圖形，新的音頻

兩種標(biāo)準(zhǔn)的圖形支持也相同。COM-HPC 客戶端和 COM Express Type 6 都通過三個(gè)數(shù)字顯示接口 （DDI） 和一個(gè)嵌入式顯示端口 （eDP） 支持多達(dá)四個(gè)顯示器。對(duì)于多媒體接口，COM-HPC 用 SoundWire 取代了以前由 COM Express 提供的 HDA 接口。SoundWire是一種新的MIPI標(biāo)準(zhǔn)，只需要兩條線路，工作頻率高達(dá)12.288 MHz。 最多可以通過這兩條線路并行連接四個(gè)音頻編解碼器，每個(gè)編解碼器接收自己的ID以進(jìn)行評(píng)估，這對(duì)于聲音發(fā)揮重要作用的應(yīng)用來說是一個(gè)加分項(xiàng)。

PCIe 和千兆以太網(wǎng)支持

COM Express Type 6 模塊最多有 24 個(gè) PCIe 通道，而 COM-HPC 客戶端模塊中有 49 個(gè)。保留一個(gè) COM-HPC 客戶端 PCIe 通道，用于與載板的主板管理控制器 （BMC） 進(jìn)行通信。

COM-HPC 客戶端模塊規(guī)范還提供兩個(gè) 25 GbE KR- 和最多兩個(gè) 10 GbE BaseT 以太網(wǎng)接口的直接連接。COM Express Type 6 最多支持 1x1 GbE，但可以通過 PCIe 連接其他網(wǎng)絡(luò)接口并通過載板執(zhí)行。然而，該規(guī)范的這種全部潛力并沒有被今天的第 11 代英特爾酷睿處理器耗盡。

兩個(gè)模塊均提供 PCIe x4 Gen 4 接口，用于與外圍設(shè)備的極高帶寬連接。此外，開發(fā)人員還可以將 8 個(gè) PCIe Gen 3.0 x1 通道與兩個(gè)模塊一起使用。因此，在這方面沒有與處理器相關(guān)的差異。但是，COM-HPC 模塊提供 2 個(gè) 2.5 GbE 本機(jī)連接，而 COM Express 模塊僅本機(jī)支持 1 個(gè) GbE。因此，COM Express 設(shè)計(jì)人員必須承擔(dān)獲取載板組件的費(fèi)用，以產(chǎn)生與 COM-HPC 模塊相同的 GbE 功能。

這兩個(gè)模塊還支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN），以便通過以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。因此，除了 2.5 GbE 僅適用于 COM-HPC 模塊之外，PCIe 和 GbE 的差異目前并不那么顯著。

高 USB 帶寬和本機(jī)相機(jī)支持

COM-HPC 客戶端專為更快的新 USB 標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)，可指定多達(dá) 4 個(gè) USB 4.0 接口，并輔以 4 個(gè) USB 2.0。另一方面，COM Express Type 6模塊可以執(zhí)行多達(dá)4個(gè)USB 3.2和8個(gè)USB 2.0。與COM Express Type 6模塊相比，COM-HPC客戶端的USB 2.0端口少了四個(gè)，但由于USB 4.0傳輸速率為40 Gbps，因此提供了更大的帶寬。

COM-HPC 本機(jī)支持最多兩個(gè) MIPI-CSI 接口。除了經(jīng)濟(jì)高效之外，這兩個(gè)接口還可以輕松集成相機(jī)，用于多種應(yīng)用類型并實(shí)現(xiàn)3D視覺。具有兩個(gè)MIPI-CSI接口的模塊的潛在用例包括用戶識(shí)別、手勢(shì)控制和用于維護(hù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。其他可能性包括視頻監(jiān)控和光學(xué)質(zhì)量保證、自動(dòng)駕駛汽車和協(xié)作機(jī)器人的態(tài)勢(shì)感知。因此，MIPI-CSI接口支持是COM-HPC的明顯優(yōu)勢(shì)。conga-HPC/cTLU提供這兩個(gè)MIPI-CSI接口。此外，conga-HPC/cTLU 還包括 – 在 Tiger Lake UP3 中擴(kuò)展的 x86 指令集 – AI/DL 指令集、矢量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指令 （VNNI） 支持以及新處理器集成英特爾 Xe 顯卡（第 12 代）的多達(dá) 96 個(gè)執(zhí)行單元的功能。

COM-HPC還提供2個(gè)SATA接口來連接傳統(tǒng)的SSD和HDD，以及2個(gè)UART和12x GPIO等工業(yè)接口。2x I2C、SPI 和 eSPI 完善了該特性集?？偠灾?，COM-HPC客戶端功能與COM Express Type 6模塊的功能相當(dāng)，盡管后者提供了CAN總線支持選項(xiàng)。

經(jīng)驗(yàn)表明，不要急于轉(zhuǎn)換

上述COM-HPC客戶端和COM Express Type 6的異同表明，至少在未來3-5年內(nèi)，大多數(shù)設(shè)計(jì)都將得到COM Express的良好服務(wù)。該預(yù)測(cè)的另一個(gè)因素是 COM-HPC 客戶端不會(huì)引入新的系統(tǒng)總線。這與以前從ISA到PCI以及從PCI到PCI Express的變化不同。在這里，絕對(duì)有必要定義一個(gè)新的引腳排列。同樣值得記住的是，COM Express模塊直到2012年才取代ETX模塊成為最暢銷的模塊 - 在ETX推出11年后 - 以及COM Express推出七年后。ETX模塊今天仍然可用。PCIe 世代向后兼容，即使在所有處理器級(jí)別建立 PCIe Gen 4.0 之后，PCIe Gen 3.0 設(shè)計(jì)也能長(zhǎng)期存在。如果設(shè)計(jì)的接口規(guī)格和帶寬足夠，則絕對(duì)無需切換。

誰應(yīng)該選擇COM-HPC？

所有需要模塊本機(jī)支持的以下一個(gè)或所有接口的用戶都必須切換到 COM-HPC：全 USB 4.0 帶寬、2.5 GbE、SoundWire 和 MIPI-CSI。那些希望將來需要更多或更高性能的PCIe或以太網(wǎng)接口（高達(dá)25 GbE）的人也應(yīng)該優(yōu)先考慮COM-HPC 此外，高性能系統(tǒng)的開發(fā)人員可能要考慮使用一種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)更容易縮小規(guī)模 - 這是在COM-HPC中實(shí)現(xiàn)所有內(nèi)容的論據(jù)。否則，座右銘是：“永遠(yuǎn)不要改變正在運(yùn)行的系統(tǒng)。至少不是因?yàn)镃OM Express可以使用全新的，符合PCIe 4.0標(biāo)準(zhǔn)的連接器。

邊緣服務(wù)器模塊的遠(yuǎn)程管理即將到來

作為COM-HPC發(fā)布的一部分，還計(jì)劃擴(kuò)展遠(yuǎn)程管理界面。PICMG遠(yuǎn)程管理小組委員會(huì)目前正在開發(fā)該接口。目標(biāo)是使復(fù)雜的智能平臺(tái)管理接口 （IPMI） 功能集的減少部分可用于邊緣服務(wù)器模塊的遠(yuǎn)程管理。借助這一新功能集，OEM 和用戶將能夠輕松確保服務(wù)器級(jí)的可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性 （RAMS）。在載板上實(shí)施的板管理控制器可以將遠(yuǎn)程管理功能擴(kuò)展到單個(gè)載板，并根據(jù)需要進(jìn)一步滿足系統(tǒng)需求。這為 OEM 提供了一致的遠(yuǎn)程管理基礎(chǔ)，他們可以根據(jù)自己的要求進(jìn)行修改。

結(jié)論

隨著數(shù)字化的發(fā)展，COM Express在現(xiàn)有的性能水平上擁有美好的未來。COM-HPC（高性能計(jì)算）可以滿足各種即將推出的計(jì)算密集型應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，帶寬密集型數(shù)據(jù)流必須在緊湊的邊緣設(shè)備中處理。

審核編輯：郭婷