Două opțiuni de top: COM Express Type 6 și COM-HPC Client

Întrebări noi

COM Express a dominat domeniul de calcul embedded de nivel înalt. Dar, acum, sosirea COM-HPC ridică noi întrebări pentru oricine își evaluează următorul proiect embedded de ultimă generație. O întrebare este dacă cele două opțiuni – COM Express și COM-HPC – concurează între ele. Răspunsul este nu, deoarece specificațiile lor sunt create pentru a se completa reciproc, de aceea ambele formate acceptă procesoarele Intel Core din generația a 11-a.

O altă întrebare, care se pune acum, când există două opțiuni de factori de formă, este dacă intenționați să scalați investițiile COM Express existente sau să treceți, pur și simplu, la un nou standard de modul pentru care va trebui să proiectați o nouă placă de bază. Decizia de scalare sau schimbare este deosebit de importantă pentru dezvoltatorii care s-au bazat până acum pe COM Express. Se pot întreba, de asemenea: e posibil ca începutul COM-HPC să anunțe, cumva, sfârșitul COM Express? Cât timp va mai continua să fie disponibil COM Express? Trebuie să trec acum la COM-HPC sau pot aștepta? O altă considerație este dată de modul în care trecerea la COM-HPC ar afecta pozițiile competitive ale OEM-urilor și clienților. Pentru a răspunde la aceste întrebări, este important să știți ce pot oferi modulele COM-HPC Client și prin ce diferă de modulele COM Express Type 6.

Figura 1: Interfețele COM-HPC Client diferă de cele ale COM Express Type 6, în principal prin numărul și lățimea de bandă a lane-urilor PCIe, interfețelor Ethernet și porturilor USB. În plus față de diferențele care apar la nivel de interfață, COM-HPC Client, spre deosebire de COM Express Type 6, oferă suport extins de management la distanță (încă nu este specificat). © congatec

‘Basic’ vs. ‘Size A’: diferențe minore

Precum COM Express Type 6, COM-HPC Client, este o specificație PICMG Computer-on-Module. Aceasta face parte din noul standard COM-HPC, unde sunt specificate și modulele COM-HPC Server, despre care nu vom discuta aici, deoarece sunt orientate către aplicații server, în timp ce modulele COM-HPC Client, acceptă aplicații grafice (precum și modulele COM Express Type 6). Modulele COM-HPC Client sunt disponibile în trei variante constructive: 120 mm × 160 mm (Size C – dimensiunea C), 120 mm × 120 mm (Size B – dimensiunea B) și 120 mm × 95 mm (Size A – dimensiunea A). Astfel, cea mai mică amprentă COM-HPC este aproape identică cu COM Express Basic (125 mm × 95 mm). COM Express Compact (95 mm × 95 mm) este cu aproximativ 21% mai mic. Atât timp cât factorul de formă COM-HPC Size A este cu doar 4% mai mic decât cel al COM Express Basic, trecerea de la COM Express Basic la COM-HPC Size A nu pare să creeze nicio problemă în ceea ce privește amprenta.

Variantele ‘Size B’ și ‘Size C’ ale modulelor COM-HPC – cu dimensiuni mult mai mari decât cele ale modulelor COM Express de Type 6 – se adresează aplicațiilor de înaltă performanță care nu pot fi implementate cu opțiunile oferite de COM Express.

Dezvoltatorii care utilizează COM Express Basic atunci când vor să integreze procesoare mai puternice decât cele disponibile pe COM Express Compact pot opta pentru factorul de formă COM-HPC Client Size A. Totuși, nu există nicio opțiune COM-HPC Client care să înlocuiască formatul COM Express Compact. Cu alte cuvinte, este clar că cele două specificații sunt opțiuni complementare.

COM-HPC oferă un TDP mai mare

Figura 2: COM-HPC Client definește trei amprente diferite, la fel ca și COM Express. Deoarece dimensiunea cea mai mică (Size A) este mai compactă decât COM Express Basic, dezvoltatorii pot trece cu ușurință de la COM Express Basic la COM-HPC Size A. © congatec

La fel cum oferă opțiuni de amprentă mai mari în comparație cu COM Express, modulele COM-HPC permit, de asemenea, un buget de putere mai mare. Având un TDP (Thermal Design Power) mai mare, de până la 200 de wați, performanța modulelor COM-HPC Client este de trei ori mai mare decât performanța celui mai puternic modul COM Express Type 6. În comparație cu modulul COM Express Basic, la limita sa superioară de 137 wați TDP, COM -HPC Client TDP este cu 46% mai mare. Pentru dezvoltatorii care au nevoie – acum sau pe termen lung – de mai multă putere de procesare și un TDP mai mare, decât permite COM Express, opțiunea COM-HPC devine o necesitate.

Performanțele modulelor COM-HPC Size A, precum noul conga-HPC/cTLU de 15 wați cu procesoare Intel Core din generația a 11-a, de la congatec, vor fi comparabile cu cele oferite de modulele COM Express anterioare. În plus, proiectanții de soluții COM Express vor descoperi că specificația COM-HPC oferă o lățime de bandă de date mult mai mare decât cea oferită de modulele COM Express Type 6, după cum reiese din numărul de pini de semnal.

Numărul mai mare de pini (aproape dublu) crește lățimea de bandă

Alte două diferențe cheie între COM Express Basic Type 6 și COM-HPC Client Size A sunt date de conector și de numărul de pini de semnal, care conectează modulul la placa de bază (carrier) specifică aplicației. Ca și COM Express, COM-HPC dispune de două conectoare, dar fiecare conector COM HPC are 400 de pini. Cei doi conectori COM Express au câte 220 de pini fiecare. Extinderea la 800 de pini de semnal face posibilă conectarea cu aproximativ 80% mai multe interfețe.

Creat pentru cele mai noi interfețe de mare viteză, conectorul COM-HPC este, de asemenea, compatibil cu ratele înalte de ceas ale PCIe 5.0 și Ethernet 25 Gb/s. COM Express se extinde în prezent doar la PCIe Gen 3.0 și PCIe 4.0 în modul de compatibilitate, conectorul fiind un factor limitativ. Cu toate acestea, există eforturi pentru a înlocui conectorul COM Express cu unul care este complet compatibil din punct de vedere mecanic, dar din punct de vedere electronic mai puternic și compatibil cu PCIe 4.0. Această înlocuire a conectorului este foarte importantă pentru viitorul COM Express.

Dimensiunea memoriei depinde de amprentă

Figura 3: Modulul conga-HPC/cTLU COM-HPC Size A necesită o placă de bază (carrier) complet nouă. © congatec

Atât COM-HPC, cât și COM Express utilizează module de memorie RAM SO-DIMM. După cum s-a menționat anterior, amprentele modulelor COM Express Basic și COM-HPC Client Size A diferă foarte puțin. Știind că la modulele COM Express Basic capacitatea de memorie RAM ajunge să depășească 128 GB și ținând cont că dimensiunile celor două module COM-HPC Size A și COM Express Basic sunt foarte apropiate, trebuie să ne așteptăm la capacități de memorie RAM similare.

Atunci când proiectele dezvoltatorilor necesită mai multă memorie RAM, trebuie să utilizeze factori de formă mai mari. Deși COM Express specifică module mai mari, deasupra factorului de formă ‘Basic’, în practică, acestea n-au avut nicio relevanță. Prin urmare, se așteaptă ca module mai mari să fie dezvoltate în principal pe baza standardului COM-HPC. Iar acest lucru se va întâmpla destul de repede, deoarece modulele COM-HPC Server adresează soluții până la clasa server de performanță medie, clasă, care nu dispune niciodată de suficientă memorie RAM. Acestea pot găzdui opt module complete de memorie SO-DIMM, ceea ce înseamnă că pot oferi până la 1,0 Terabyte de RAM.

Comparând noile module lansate Tiger Lake UP3 COM Express Type 6 Compact și COM-HPC Client Size A, acestea din urmă oferă mai multă memorie. Totuși, acest potențial de mai multă memorie nu a fost folosit; ambele module oferă două socluri SO-DIMM pentru 3200 MT/s și 32 GB DDR4. Deci, 64 GB RAM în total. Motivul acestui potențial neutilizat este simplu: Tiger Lake UP3 nu poate suporta mai mult. Toate celelalte lucruri fiind egale, o schimbare determinată de nevoia de a obține mai multă RAM înseamnă, în mod invariabil, să optezi pentru un factor de formă mai mare decât COM Express Basic sau COM HPC Size A. Cu toate acestea, atât timp cât densitatea de memorie este în continuă creștere, este puțin probabil să vedem că dimensiunea memoriei RAM ar putea deveni un factor de limitare pentru aplicațiile multifuncționale vizate în viitor.

Același suport grafic, sunet nou

Suportul grafic este același pentru ambele standarde. COM-HPC Client și COM Express Type 6 suportă până la patru display-uri prin intermediul a trei interfețe DDI (Digital Display Interface) și a unui DisplayPort embedded (eDP). Pentru interfețele multimedia, COM-HPC înlocuiește interfața HDA disponibilă anterior la COM Express, cu SoundWire – un nou standard MIPI, care necesită doar două linii și funcționează la viteze de până la 12.288 MHz. Pe aceste două linii, pot fi conectate în paralel până la patru codecuri audio, fiecare codec primind propriul său ID pentru a permite evaluarea, un plus pentru aplicațiile în care sunetul joacă un rol important.

Suport PCIe și GbE

Modulele COM Express Type 6 au maximum 24 de benzi (lanes) PCIe, în comparație cu 49 la modulele COM-HPC Client. O bandă PCIe Client COM-HPC este rezervată pentru comunicația cu controlerul de management (BMC – Board Management Controller) al plăcii carrier.

Specificația modulului COM-HPC Client oferă, de asemenea, o conexiune directă la două interfețe Ethernet de 25 GbE KR și până la două interfețe Ethernet de 10 GbE BaseT. COM Express Type 6 suportă maximum 1×1 GbE, dar interfețele de rețea suplimentare pot fi conectate prin PCIe și executate prin placa carrier. Totuși, acest potențial complet al specificațiilor nu este epuizat de generația a 11-a de procesoare Intel Core, de astăzi.

Ambele module oferă o interfață PCIe x4 Gen 4 pentru conexiuni la periferice, cu o lățime de bandă extrem de mare. În plus, dezvoltatorii pot utiliza (pe ambele module) și 8x PCIe Gen 3.0 x1 benzi (lanes). Deci, în acest sens, nu există nicio diferență legată de procesor. Cu toate acestea, modulele COM-HPC oferă conectivitate nativă de 2x 2,5 GbE, în timp ce modulele COM Express acceptă doar 1x GbE în mod nativ. Prin urmare, proiectanții COM Express trebuie să suporte cheltuielile obținerii componentelor plăcii carrier pentru a produce aceeași funcționalitate GbE, precum cea a modulelor COM-HPC.

De asemenea, pentru comunicarea în timp real prin Ethernet, ambele module suportă protocolul TSN (Time-Sensitive Networking). Deci, în afară de faptul că doar modulele COM-HPC dispun de 2,5 GbE, diferențele în ceea ce privește PCIe și GbE nu sunt în prezent atât de semnificative.

Lățime de bandă USB mare și suport nativ pentru cameră

Figura 4: Modulul conga-TC570 COM Express Compact cu procesor Intel Tiger Lake UP3 poate fi conectat (plug & play) la plăcile carrier COM Express existente, indiferent dacă sunt proiectate pentru COM Express Basic sau Compact. Prin urmare, acestea sunt gata pentru utilizare imediată. © congatec

Proiectat pentru noile standarde USB, mai rapide, modulul COM-HPC Client specifică până la 4 interfețe USB 4.0, completate de 4x USB 2.0. Pe de altă parte, modulele COM Express Type 6 pot dispune de până la 4x USB 3.2 și 8x USB 2.0. Cu patru porturi USB 2.0 mai puține decât la modulele COM Express de Type 6, COM-HPC Client oferă totuși o lățime de bandă mai mare, deoarece rata de transfer USB 4.0 este de 40 Gbps.

COM-HPC suportă nativ până la două interfețe MIPI-CSI. Pe lângă faptul că sunt rentabile, cele două interfețe facilitează integrarea camerelor pentru multe tipuri de aplicații și permit vizualizare 3D. Cazurile de utilizare posibile pentru modulele cu două interfețe MIPI-CSI includ identificarea utilizatorului, controlul gesturilor și realitatea augmentată pentru aplicații de întreținere. Posibilități suplimentare sunt supravegherea video și asigurarea calității optice, conștientizarea situației pentru vehicule autonome și robotica de tip colaborativ. Aici se vede clar avantajul dat de interfața MIPI-CSI modulelor COM-HPC. Placa Conga-HPC/cTLU de la congatec oferă aceste două interfețe MIPI-CSI. Mai mult, conga-HPC/cTLU include – cu setul de instrucțiuni x86 extins în Tiger Lake UP3 – seturi de instrucțiuni AI/DL, suport pentru instrucțiuni VNNI (Vector Neural Network Instructions) și caracteristici de până la 96 de unități de execuție ale noului procesor grafic Intel Xe (Gen 12).

COM-HPC oferă în plus 2 interfețe SATA pentru a conecta SSD-uri și HDD-uri tradiționale, împreună cu interfețe industriale precum 2x UART și 12x GPIO. 2x I2C, SPI și eSPI completează setul de caracteristici. În general, caracteristicile modulelor COM-HPC Client sunt comparabile cu cele ale modulelor COM Express Type 6, deși, acesta din urmă dispune de o opțiune CAN bus.

Experiența arată că nu există nicio grabă pentru a trece de la o specificație la alta

Asemănările și diferențele dintre COM-HPC Client și COM Express Tip 6 descrise mai sus indică faptul că majoritatea proiectelor vor fi încă bine susținute de COM Express cel puțin în următorii 3-5 ani. Un alt factor în această predicție este că modulul COM-HPC Client nu introduce o nouă magistrală de sistem. Acest lucru este diferă în comparație cu modificările anterioare de la ISA la PCI și de la PCI la PCI Express. Aici a fost absolut necesar să se definească un nou pinout. De asemenea, merită să ne amintim că modulele COM Express nu au înlocuit modulele ETX (cele mai bine vândute module până în 2012) – la 11 ani buni după introducerea ETX – și la șapte ani după introducerea COM Express. Mai mult, modulele ETX sunt și astăzi disponibile. Generațiile PCIe sunt compatibile cu versiunile anterioare, permițând proiectelor PCIe Gen 3.0 să trăiască mult timp, chiar și după ce PCIe Gen 4.0 este stabilit pe toate nivelurile procesorului. Cu siguranță nu este nevoie să treceți la noua specificație dacă cerințele de interfață și de lățime de bandă ale unui proiect sunt suficiente.

Cine ar trebui să opteze pentru COM-HPC?

Toți cei care au nevoie de una sau de toate interfețele următoare (suportate nativ de noua specificație) trebuie să treacă astăzi la COM-HPC: USB 4.0 cu lățime de bandă completă, 2,5 GbE, SoundWire și MIPI-CSI. Cei care se așteaptă să aibă nevoie, în viitor, de interfețe PCIe sau Ethernet mai performante sau mai mari, de până la 25 GbE, ar trebui să acorde atenție modulelor COM-HPC. În caz contrar, deviza este: „Nu schimbați niciodată un sistem care rulează”. Nu, atât timp cât modulelor COM Express le vor fi puse la dispoziție un conector nou, conform PCIe 4.0.

Managementul de la distanță pentru modulele edge server va fi disponibil în curând

Ca parte a lansării noilor module COM-HPC, este planificată și o interfață extinsă pentru management la distanță. Această interfață este în curs de dezvoltare în cadrul subcomitetului PICMG Remote Management. Scopul acesteia este de a pune la dispoziție o porțiune redusă din setul de funcții complexe Intelligent Platform Management Interface (IPMI) pentru gestionarea de la distanță a modulelor serverului aflat la marginea rețelei. Cu acest nou set de caracteristici, OEM-urile și utilizatorii vor putea asigura cu ușurință fiabilitatea, disponibilitatea, mentenanța și securitatea (RAMS) la nivel de server. Un controler de gestionare a plăcii, care urmează să fie implementat pe placa de bază (carrier), face posibilă extinderea funcționalității de management la distanță, la placa de bază individuală și implementarea unor cerințe suplimentare ale sistemului, după cum este necesar. Aceasta oferă OEM-urilor o bază consistentă pentru managementul de la distanță, pe care o pot modifica în funcție de cerințele lor.

Concluzie

COM Express are un viitor extraordinar pentru nivelul existent de performanță, cu o digitalizare în creștere. COM-HPC (High Performance Computing) poate completa o gamă largă de aplicații viitoare de calcul intens, unde fluxuri masive de date trebuie procesate într-un dispozitiv edge compact. Mai multe informații despre computerele embedded bazate pe procesoarele Intel Core de generația a 11-a de la congatec pot fi găsite în pagina: https://congatec.com/11th-gen-intel-core/