COM-HPC Mini – endrer spillet:
Høy ytelse i mini-formfaktor

Siden moduler alene ikke er nok til å gi OEM’er fleksibiliteten til å optimalisere og utvide løsningsporteføljen sin, tilbyr congatec også et komplett COM-HPC-økosystem, og hjelper dermed utviklere av ultrakompakte høyytelsessystemer å løse opp den gordiske knuten om hvordan høy ytelse på et minimalt fotavtrykk kan passe inn.

Digital transformasjon bringer teknologi, maskiner og mennesker nærmere hverandre enn noen gang før. Samarbeidende roboter, autonome kjøretøy, AI-drevet medisinsk utstyr og raskere 5G-kommunikasjon er bare noen få eksempler. For å ligge i forkant i disse akselererende markedene, må OEM’er hele tiden vurdere og optimalisere løsningstilbudene sine. Et ytelsessprang til COM-HPC er avgjørende for mange nye applikasjoner i lys av de raskt økende tekniske kravene: AI-basert videoanalyse for situasjonsforståelse krever enormt høye båndbredder med stadig høyere kameraoppløsninger. Stemmestyring må være latensfri, noe som også krever AI for å behandle datastrømmer med stadig høyere oppløsning. Grafikk i kombinasjon med utvidet virkelighet blir også stadig mer krevende. Parallell databehandling i sanntid i samarbeidende Industry 4.0-prosesser krever minimale ventetider med økende datagjennomstrømning. Sist, men ikke minst, krever cybersikkerhet også mer datakraft. Og i tillegg til alt dette, ønsker systemutviklere å optimalisere tilkoblingen til plattformer ved å utnytte de nyeste teknologiene som Thunderbolt 4.

COM-HPC-standarden ble utviklet nettopp for å møte disse økende kravene. Nå utvides applikasjonsspekteret ytterligere ettersom tilgjengeligheten av COM-HPC Mini-moduler med 13. generasjons Intel Core-prosessorer (kodenavn Raptor Lake) vil gi utviklere tilgang til et komplett økosystem for deres tredje generasjons modulære høy-ende innebygd og «edge computing»-design. Dette økosystemet spenner fra avanserte server- på-moduler til ekstremt kompakte klient-på-moduler som knapt er større enn et kredittkort. Med COM-HPC Mini vil selv de mest kompakte COM Express Compact- og COM Express Mini-løsningene kunne dra nytte av et avansert ytelsesløft og å utnytte et betydelig større antall nye høyhastighetsgrensesnitt. Dermed kan hele produktfamilier migrere til den nye PICMG- standarden – uten å kreve vesentlige endringer av det interne systemdesignet og huset til tross for større modul- og bærerkortdimensjoner.

Gjør lett arbeid med designløp fra COM Express Compact til COM-HPC

Dette var ikke mulig med COM-HPC størrelse A-spesifikasjonen. Med mål på 95x120 mm (11.400 mm2), er denne til dags dato den minste av COM-HPC-formfaktorene, fortsatt nesten 32 % større enn COM Express Compact, med målene 95x95 mm (9.025 mm²). Fra et fotavtrykkssynspunkt er det 25 mm for bredt til å migrere eksisterende COM Express-design til COM-HPC. Siden COM Express Compact er den mest utbredte COM Express-formfaktoren og bare de mer avanserte brukerne fortsatt bruker den større COM Express Basic-formfaktoren, sto mange utviklere overfor betydelige utfordringer – om enn bare når det gjelder systemdesigndimensjoner. Men å gjøre det mindre er nå mulig. Det er derfor COM-HPC Mini med sine 95x60 mm er en virkelig befrier og som åpner for helt nye perspektiver – spesielt for de mange ultrakompakte systemdesignene.

Riktignok har COM-HPC kun 400 pinner, som er 40 pinner mindre enn COM Express Type 6 (440). Likevel kan utviklere dra nytte av betydelige båndbreddegevinster og større grensesnittmangfold takket være nyere og kraftigere standarder. Dette setter også den nominelle reduksjonen i antall PCIe-baner fra 24 med COM Express Type 6 til 16 baner med COM-HPC Mini i perspektiv. De fleste ultrakompakte systemdesignene har sjeldent brukt denne grensesnittpakken uansett. Med PCIe opp til Gen 5 og sannsynligvis også PCIe Gen 6, 4x USB 4.0, 2x 10 Gbit/s Ethernet, som kan utvides til 4 porter via 2x SERDES-baner, og opptil 4 skjermgrensesnitt, kan COM-HPC Mini-spesifikasjonen skryte av alt som er state-of-the-art i dag. I tillegg til ekstra moderne perifere grensesnitt, som 2x MIPI-CSI for kameraer, leveres også industrielle klassikere som CAN-bus og 2x UART. En ny funksjon som er lagt til er funksjonell sikkerhetsstøtte. Dette vil gjøre ultrakompakte applikasjoner som må konsolidere sikkerhetskritiske sanntidsoppgaver sammen med andre oppgaver på ett system oppnåelige i fremtiden. Eksempler på slike applikasjoner inkluderer autonome mobile roboter og kjøretøy.

Nyere fungerer bedre på lang sikt

Mange utviklere av nye høyytelsesapplikasjoner vil også sette pris på den ekstra designsikkerheten ettersom COM-HPC-kontakten er spesifisert for betydelig høyere datagjennomstrømningshastigheter enn COM Express. COM Express 3.1-spesifikasjonen, som ble lansert i slutten av 2022 og støtter PCIe 4.0 med opptil 16 Gbit/s, har riktignok også en oppgraderingsbane. Imidlertid, den nylige lanseringen av den 13. Intel Core-prosessorgenerasjonen viste at gapet begynner å øke ettersom COM-HPC ganske enkelt tilbyr mer. Noen varianter støtter allerede PCIe 5.0 som vil muliggjøre dobbelt så mye datagjennomstrømning. Men det er ikke nødvendig for utviklere å bekymre seg om de kan leve med båndbreddene som tilbys av COM Express: Den mest populære Computer-on-Module-standarden vil eksistere i mange år til. Den støttes fortsatt av leverandører av innvevde systemer har forsiktige oppgraderinger innenfor det som er teknisk mulig. Dette er spesielt gode nyheter for kostnadssensitive og/eller laveffektdesign, der COM-HPC er overspesifisert. Imidlertid kan de som ønsker å utnytte de nyeste teknologiene, som Thunderbolt 4-tilkobling, nå oppgradere eksisterende kompakte design. Thunderbolt 4-porter implementerer strømforsyning, toveis dataoverføring opp til USB 3.2 Gen 2, samt 4k-videoskjermer og 10 Gbit Ethernet via en enkelt USB-C-kabel i maksimale konfigurasjoner. Alt dette krever en båndbredde på opptil 40 Gbit/s, noe som rett og slett ikke er gjennomførbart med COM Express- kontakten, selv i 3.1-spesifikasjonen.

Klar for 13. generasjons Intel Core-prosessorer

En rekke faktorer taler derfor for den nye COM-HPC-standarden. Lanseringen av 13. generasjons Intel Core-prosessorer fungerer som en akselerator som vil fremskynde introduksjonen av slike nye systemplattformer. congatec forventer en rask og massiv økning i serieproduksjon av OEM-design basert på disse nye modulene, siden de nye prosessorene med garantert langsiktig tilgjengelighet tilbyr enorme forbedringer i mange funksjoner samtidig som de er fullt maskinvarekompatible med forgjengerne, noe som gjør implementeringen veldig rask og enkelt. Modulene basert på den nye COM HPC-standarden åpner nye horisonter for utviklere når det gjelder datagjennomstrømning, I/O-bånd- bredde og ytelsestetthet takket være Thunderbolt og overlegen PCIe-støtte opp til Gen 5. De nye COM Express 3.1-kompatible modulene, på på den annen side, primært sikre investeringer i eksisterende OEM- design med oppgraderingsmuligheter for mer datagjennomstrømning takket være PCIe Gen 4-støtte.

Sammenlignet med 12. generasjons Intel Core-prosessorer, gir de nye COM-HPC og COM Express Computer-on-Modules med loddede 13. generasjon Intel Core-prosessorer flere fordeler: De muliggjør robust design for det industrielle temperaturområdet -40°C til + 85°C for å utnytte den innovative Intel hybrid-arkitekturen, som er den første i bransjen. Deretter tilbyr de opptil 8 % mer enkelttråds og opptil 5 % mer multitrådsytelse. Takket være en forbedret produksjonsprosess går denne ytelsesøkningen hånd i hånd med høyere energieffektivitet. Andre nye funksjoner i denne ytelsesklassen (15-45 W grunneffekt) er støtte for DDR5-minne og PCIe Gen 5-tilkobling på utvalgte CPU-versjoner. Begge bidrar til enda bedre flertrådsytelse og høyere datagjennomstrømning. Med opptil 96 eksekveringsenheter (EU-er) og ultraraske kodings- og dekodingsmuligheter, er den integrerte Intel Iris Xe-grafikkarkitekturen ideell for høye grafikk-krav – for eksempel i applikasjoner som involverer videostrømming og/eller videobasert situasjonsforståelse. Alle disse funksjonene fører til betydelige forbedringer i et bredt spekter av innebygde og kantdata-applikasjoner, som i økende grad kommer med kunstig intelligens og maskinlæringsfunksjoner samt konsolidering av arbeidsbelastning.

COM-HPC Mini er ekstremt robust

La oss nå se for oss at disse nye Intel-prosessorene, sammen med robuste funksjoner som loddet RAM og støtte for et utvidet temperaturområde, vil bli distribuert på COM-HPC Mini-moduler. Det er da klart at disse nye modulene vil finne universell bruk i høyytelses systemløsninger som COM Express ikke kan adressere. Det er bare ett spørsmål: Hvor komplisert er det å migrere systemer fra COM Express til COM-HPC? I et nøtteskall er det bare bærerkortet som må endres, selv om dimensjonene og grensesnittdesignet kan forbli uendret. Selvfølgelig må rutingen og komponentene tilpasses for å imøtekomme den nye ytelsen, og det er ikke mulig å bare erstatte modulen. På maskinvaresiden er det imidlertid «bare» et spørsmål om å tilpasse eksisterende designpraksis til de nye kravene til raskere grensesnitt. Høyhastighetssignalering utgjør en særlig utfordring i denne sammenheng.

Tilleggstjenester og opplæring for å forenkle design-in

Det er her produsenter som congatec kommer til hjelp for kunder med et treningsakademi som lærer bærerkortutviklere om beste praksis inndesign. Opplæringsprogrammet har som mål å gi systemarkitekter en rask og effektiv innføring i designreglene til den nye PICMG-standarden. Kurset veileder utviklere gjennom alle obligatoriske og anbefalte, grunnleggende datamaskin-på-modul design og best-praksis-skjema for å sette dem i stand til å starte sine egne bærerkortdesignprosjekter. Kunnskapsoverføringen fokuserer på standardkompatible bærerkortdesign, som er avgjørende for å bygge interoperative, skalerbare og tilpassede innvevde dataplattformer. Congatec-akademiet opererer globalt, og tilbyr kurs på nett og på stedet til utviklere hos OEM-er, VAR-er og systemintegratorer.

Selv om offisielle designguider er en stor ressurs, er de til syvende og sist bare en kravspesifikasjon. Utviklere må også lære hvordan de best kan omsette dette i praksis. Congatec-treningsprogrammet ble designet med mål om å akselerere kunnskapsoverføringen som kreves for å starte slike utviklingsprosjekter i den virkelige verden.

Det nye treningsprogrammet for design av congatec bærerkort, som starter i april 2023, vil gi ingeniører en introduksjon til en verden av avansert innvevd- og kantdatabehandling – fra layoutprinsipper for kretskort til strømstyringsregler, krav til signalintegritet og komponentvalg.

Kunder som ønsker å bruke COM-HPC, men ikke har ressursene til å integrere modulene selv, kan stole på at congatecs inndesign-tjenester håndterer dette. Bærerkortdesign, optimaliserte kjøleløsninger og omfattende systemintegrasjonstjenester tilbys også. Med dette omfattende utvalget av produkter og tjenester, fortsetter congatec å bygge på sitt oppdrag om å «forenkle bruken av innvevd teknologi».

Og med dette omfattende tilbudet fra moduler, kjøleløsninger og applikasjonsklare evaluerings- og bærerkort, til inndesign-opplæring og komplette inndesign-tjenester, skaper congatec et omfattende COM-HPC-økosystem der nye design og designsprinter for migrering fra COM Express til COM-HPC Mini ikke lenger er en stor utfordring.

COM-HPC server

Avanserer inn i verden av mikset-kritiske sanntidsservere.

I tillegg til datamaskinmoduler, tilbyr COM-HPC også Server-på-Moduler for kant-applikasjoner. I denne ytelsesklassen utvidet congatec nylig sin Intel Xeon D-2700-prosessorbaserte Server-on-Module-portefølje med fem nye moduler i den kompakte ytelsesklassen COM-HPC Server Size D (160x160 mm). Lanseringen understreker den massive etterspørselen fra industrien etter edge-serverytelse i en liten, robust formfaktor som er egnet for utendørsmiljøer. Den presser også Intel Xeon D-2700-prosessorer, som gir opptil 20 kjerner, enda lenger inn i riket av krevende blandet-kritiske sanntidsapplikasjoner. Sammenlignet med de allerede tilgjengelige større COM-HPC Server Size E-modulene (200x160 mm), er antallet støttede DRAM-moduler halvert fra 8 til 4. Likevel har de en imponerende 512 GB DDR4 RAM med 2.933 MT/s. Fordelen med å begrense RAM er at modulene tar mindre plass, og reduserer fotavtrykket med 20 % sammenlignet med størrelse E. Målapplikasjoner for de nye COM-HPC-modulene med Intel Xeon D-2700-prosessor er dypt innebygd, plassbegrenset kant serverdistribusjoner med høye datagjennomstrømningsbehov, men mindre minnekrevende arbeidsbelastning. De finnes vanligvis i IIoT-nettverksbaserte sanntidsmiljøer som smarte fabrikker og kritiske infrastrukturer.