COM-HPC：無限的高速可擴展性

由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對嵌入式計算機提供高速性能的需求正在增長。若要為新一類嵌入式邊緣服務(wù)器提供服務(wù)，可伸縮性必須不受限制。憑借其 440 引腳，COM Express 沒有足夠的接口來存儲功能強大的邊緣服務(wù)器。COM 快速連接器的性能也正在慢慢接近其極限。雖然 COM Express 可以輕松處理 PCIe Gen 3 的 8.0 GHz 時鐘速度和 8 Gbit/s 吞吐量，但連接器是否符合某些技術(shù)進步（如 PCIe Gen 4）的判斷仍有待確定。

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

無外設(shè)嵌入式服務(wù)器性能

新型無外設(shè)邊緣服務(wù)器對超高嵌入式邊緣性能和擴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)，適用于惡劣環(huán)境和擴展溫度范圍。為了說明對高邊緣性能的需求，例如，使用視覺和AI邏輯建立態(tài)勢感知的自動駕駛汽車，當事情變得棘手時，它根本無法等待在云中計算算法。它必須能夠立即做出反應(yīng)。這同樣適用于協(xié)作機器人。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。如今，GPGPU越來越多地用于執(zhí)行這種靈活和多功能的任務(wù)。它們通常需要取代 FPGA 和 DSP，需要與中央 CPU 內(nèi)核建立高速連接。這種需求隨著任務(wù)的復(fù)雜性而增加。憑借其許多 PCIe 通道，COM-HPC 系統(tǒng)可以容納比 COM Express 更多的加速器卡，從而進一步提高性能。

COM-HPC 指定了五種不同的外形規(guī)格：兩種用于嵌入式計算服務(wù)器，與 COM Express 基本型/緊湊型和微型型類似，三種用于嵌入式計算客戶端。所有版本均提供 800 引腳。COM 快遞僅提供 440 引腳，這幾乎是 COM 快遞和 COM-HPC 之間唯一的顯著區(qū)別，同時沒有市場就緒的 PCIe 第 4 代產(chǎn)品。COM-HPC 服務(wù)器模塊的第二個主要顯著特性是多達 8 個 DIMM 插槽，目前可提供高達 1 TB 的 RAM。

海量并行數(shù)據(jù)處理

在醫(yī)學(xué)成像中，還需要一種結(jié)合了強大的CPU和大規(guī)模并行數(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。同樣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)。隨著越來越多的以前獨立的機器和系統(tǒng)被聯(lián)網(wǎng)，整個工業(yè)4.0應(yīng)用領(lǐng)域也需要更強大的連接。所有這些都推動了對嵌入式系統(tǒng)中高速接口的需求，以實現(xiàn)高性能的互聯(lián)網(wǎng)解決方案，包括TSN對觸覺實時行為的支持。此外，越來越多的工作負載需要整合到單個系統(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，還包括用于入侵檢測的防火墻和嗅探系統(tǒng)，它們必須處理與正在運行的應(yīng)用程序并行的幾乎相同的負載。這增加了一倍的要求，并且需要將虛擬機管理程序技術(shù)用于具有實時功能的虛擬機，例如來自實時系統(tǒng)的RTS虛擬機管理程序。其他應(yīng)用包括用于汽車測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡和用于5G的測量技術(shù)，以及通過PCIe連接具有快速NVMe存儲器的工業(yè)存儲系統(tǒng)。工業(yè)服務(wù)器機架中 5G 無線電塔和模塊化刀片的邊緣邏輯也可以從高性能計算機模塊中受益。

COM-HPC是計算機模塊市場發(fā)展的一個一致步驟。然而，COM-HPC可能需要數(shù)年時間才能達到與COM快遞類似的市場份額，因為COM快遞也需要大約5年的時間才能在數(shù)量上超過ETX。由于ETX模塊今天仍在銷售，現(xiàn)有的COM快遞客戶也可以期望在未來許多年內(nèi)購買COM快遞模塊。

高達 1 TB 的 RAM

.COM？HPC 將通過高達 100 GbE、高達 32 Gb/s 的 PCIe 第 4 代和第 5 代，以及多達 8 個 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。新標準區(qū)分了兩種基本變體：無頭COM？HPC 服務(wù)器模塊（也稱為模塊上的服務(wù)器）和 COM？HPC 客戶端模塊，遵循 COM Express 類型 6 計算機模塊的概念。

.COM？HPC模塊上的服務(wù)器將能夠通過其8個DIMM插槽托管1.0 TB的大量RAM。它們還將運行多達 8 個 25 GbE，并支持多達 64 個 PCIe Gen 4 或 Gen 5 通道（即，I/O 性能高達 256 GB/s）。這種超快的連接屬于嵌入式邊緣服務(wù)器類別，新的 PCIe 通道在 PCIe Gen 5 中提供超過 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現(xiàn)，因為已經(jīng)可以使用能夠傳輸28 Gbs不歸零（NRZ）的組件。此外，還計劃通過 800 引腳實現(xiàn)多達 2 個功能強大的 USB 4 接口?；诶嘴Z 3.0，這些接口提供每秒 40 千兆位 （Gbps）。這相當于每秒約5千兆字節(jié)（GB），大約是USB 3.2的兩倍，最大支持20 Gbps，最高支持2倍。另外 4 個 USB 2.0 接口是否完成了 COM 上的 USB 選擇？高性能計算服務(wù)器模塊。除了 2 個本機 SATA 之外，還提供了對 eSPI、2xSPI、中小型企業(yè)、2 個 I2C、2xUART 和 12 個 GPIO 的支持，以集成簡單的外設(shè)和標準通信接口，例如用于服務(wù)目的。

COM-HPC 服務(wù)器和客戶端模塊上提供的 USB 4.0 接口集成了雷靂 3，支持高達 40 Gbps 的 4K 顯示器、高達 100 瓦的功率以及 PCIe、USB、顯示端口和雷靂協(xié)議。

服務(wù)器級主板管理

COM-HPC 的另一個新功能是集成的系統(tǒng)管理界面。該軟件界面目前由PICMG小組委員會定義，旨在將強大而復(fù)雜的IPMI定義的一小部分包含在COM-HPC規(guī)范中，以便輕松實現(xiàn)完整的服務(wù)器功能。借助此接口，COM-HPC 將提供真正的邊緣服務(wù)器功能，這些功能可以通過在載板上集成合適的服務(wù)器級主板管理控制器 （BMC） 來廣泛擴展。需要相關(guān)的載板設(shè)計指南來幫助標準的新手入門。該規(guī)范將進一步為圖形處理器或FPGA開發(fā)COM-HPC器件模塊提供可能性。為此，該規(guī)范定義了 PCIe 時鐘輸入，以便 COM-HPC 模塊也可以用作客戶端。這使得設(shè)計靈活緊湊的異構(gòu)計算解決方案成為可能，而無需復(fù)雜的啟動卡，而傳統(tǒng)上，圖形卡是為以90度角安裝在主板上的PCIe插槽而開發(fā)的。它們還提供更少的連接選項。這同樣適用于MXM3顯卡的替代方案，因為它們也只有314個引腳。隨著 COM-HPC 支持極其精簡的模塊化設(shè)計（也適用于 GPGPU），因此可以為提供基于 GPGPU 的 COM-HPC 服務(wù)器模塊和加速器模塊的機架系統(tǒng)設(shè)計薄插槽卡。 但也可用于 GPGPU、現(xiàn)場可編程門和數(shù)字信號處理器的擴展。

與目前采用 PCIe 3.0 的 COM Express 支持的最大 8 Gb/s 相比，COM-HPC 的吞吐量是 PCIe 4.0 和 5.0 的兩到四倍。

800 引腳，而不是 440 引腳

除了這種為強大的嵌入式計算設(shè)定了全新標準的超高性能嵌入式邊緣服務(wù)器類別之外，第二類 COM-HPC 客戶端模塊將自己定位在 COM Express Type 6 規(guī)范之上。由于較小的基底面只能容納多達四個 SO-DIMM 插座，因此主要區(qū)別在于引腳數(shù)量：800 引腳顯然比 COM Express 的 440 引腳提供更多的接口選項。但是，只要 COM Express 也可以處理 PCIe Gen 4（至少在向下兼容性方面可以假定），COM Express 系統(tǒng)的開發(fā)人員就不必切換到 COM-HPC 客戶端模塊。除了 49 個 PCIe 通道（COM Express 類型 6 僅提供 24 個）之外，現(xiàn)在還首次有兩個 25 GbE KR 接口和最多兩個 10 Gb 基本 T 接口，這明顯多于當前的單個 GbE LAN。另一個吸引人的功能是多達兩個MIPI-CSI接口，可實現(xiàn)經(jīng)濟高效的攝像頭連接，以實現(xiàn)態(tài)勢感知和協(xié)作機器人。除了 4 個 USB 2.0 之外，許多開發(fā)人員還會喜歡提供方便、多功能且功能極其強大的 USB 4.0 接口。其中將有多達四個，用于連接高達40 Gbps的超快內(nèi)存，或通過一根USB-C電纜連接多達兩個4K顯示器，包括電源和集成的10GbE網(wǎng)絡(luò)連接。圖形也已整理好?，F(xiàn)在支持包括 3 個專用 DDI 接口。顯示端口、數(shù)字輸入/視頻增益和數(shù)字視頻處理器-I、HDMI 或 DVI 至 LVDS 轉(zhuǎn)換器的特定設(shè)計現(xiàn)在都在載板上執(zhí)行。其他接口包括 2 個聲線和 I2S 以及 2 個 SATA;電子點心、2 個SPI、中小型企業(yè)、2 個 I2C、2 個 UART 和 12 個 GPIO 完善了功能集。

作為新接口添加到規(guī)范中的 SoundWire 將取代當前使用的 HDA 接口。SoundWire 是一種 MIPI 標準，只需要兩條時鐘和數(shù)據(jù)線（時鐘速率高達 2.288 MHz）即可并行連接多達四個音頻編解碼器。每個編解碼器都接收自己的 ID，該 ID 將被評估。

與新規(guī)范所涉及的公司之一有業(yè)務(wù)關(guān)系的OEM可以開始合適的載板設(shè)計，只要他們將其保持在NDA之下并且不與第三方共享。新規(guī)范僅在正式發(fā)布后作為開放標準提供。PICMG COM-HPC小組委員會的成員包括阿克羅馬格，愛德華，研華科技，AMI，安費諾，康佳特，艾瑪電子，艾默生機器自動化解決方案，Ept，快柵，GE自動化，HEITEC，英特爾，控創(chuàng)，MEN，MSC技術(shù)，N.A.T.，nVent，薩姆特，山高，TE連接，特倫茨電子，比勒費爾德大學(xué)，VersaLogic公司，愛德聯(lián)，康佳特和控創(chuàng)是委員會的贊助商，而康佳特營銷總監(jiān)克里斯蒂安·埃德爾則擔(dān)任COM-HPC委員會主席。作為草稿編輯，他還在現(xiàn)有COM Express標準的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。來自康創(chuàng)的斯特凡·米爾諾和來自薩姆泰克的迪倫·朗支持克里斯蒂安·埃德爾擔(dān)任PICMG COM-HPC委員會的編輯和秘書。

凈氧化氮和 PAM4 眼圖

要實現(xiàn)200G/400G等高以太網(wǎng)速度，需要取得相當大的技術(shù)進步。有兩種編碼方案是可能的：非歸零 （NRZ），也稱為脈沖幅度調(diào)制 2 級 （PAM2） 和脈沖幅度調(diào)制 4 級 （PAM4）。由于NRZ的奈奎斯特頻率較高，導(dǎo)致通道相關(guān)損耗較高，因此PAM4已成為更可行的解決方案。COM-HPC 連接器支持這兩種模式，因此經(jīng)得起未來考驗。

審核編輯：郭婷