由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)提供高速性能的需求正在增長(zhǎng)。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(chǔ)功能強(qiáng)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(shí)鐘速度和 8 Gbit/s 吞吐量，但連接器是否符合某些技術(shù)進(jìn)步（如 PCIe Gen 4）的判斷仍有待確定。

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(duì)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)，適用于惡劣環(huán)境和擴(kuò)展溫度范圍。為了說明對(duì)高邊緣性能的需求，例如，使用視覺和AI邏輯建立態(tài)勢(shì)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。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(jìn)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(jì)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(jì)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(shí)沒有市場(chǎng)就緒的 PCIe 第 4 代產(chǎn)品。COM-HPC 服務(wù)器模塊的第二個(gè)主要顯著特性是多達(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

在醫(yī)學(xué)成像中，還需要一種結(jié)合了強(qiáng)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(cè)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(dú)立的機(jī)器和系統(tǒng)被聯(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。所有這些都推動(dòng)了對(duì)嵌入式系統(tǒng)中高速接口的需求，以實(shí)現(xiàn)高性能的互聯(lián)網(wǎng)解決方案，包括TSN對(duì)觸覺實(shí)時(shí)行為的支持。此外，越來越多的工作負(fù)載需要整合到單個(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，還包括用于入侵檢測(cè)的防火墻和嗅探系統(tǒng)，它們必須處理與正在運(yùn)行的應(yīng)用程序并行的幾乎相同的負(fù)載。這增加了一倍的要求，并且需要將虛擬機(jī)管理程序技術(shù)用于具有實(shí)時(shí)功能的虛擬機(jī)，例如來自實(shí)時(shí)系統(tǒng)的RTS虛擬機(jī)管理程序。其他應(yīng)用包括用于汽車測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡和用于5G的測(cè)量技術(shù)，以及通過PCIe連接具有快速NVMe存儲(chǔ)器的工業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。工業(yè)服務(wù)器機(jī)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(jì)算機(jī)模塊中受益。

COM-HPC是計(jì)算機(jī)模塊市場(chǎng)發(fā)展的一個(gè)一致步驟。然而，COM-HPC可能需要數(shù)年時(shí)間才能達(dá)到與COM快遞類似的市場(chǎng)份額，因?yàn)镃OM快遞也需要大約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(dá) 1 TB 的 RAM

.COM？HPC 將通過高達(dá) 100 GbE、高達(dá) 32 Gb/s 的 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。新標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)模塊的概念。

.COM？HPC模塊上的服務(wù)器將能夠通過其8個(gè)DIMM插槽托管1.0 TB的大量RAM。它們還將運(yùn)行多達(dá) 8 個(gè) 25 GbE，并支持多達(dá) 64 個(gè) PCIe Gen 4 或 Gen 5 通道（即，I/O 性能高達(dá) 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(shí)現(xiàn)，因?yàn)橐呀?jīng)可以使用能夠傳輸28 Gbs不歸零（NRZ）的組件。此外，還計(jì)劃通過 800 引腳實(shí)現(xiàn)多達(dá) 2 個(gè)功能強(qiáng)大的 USB 4 接口。基于雷靂 3.0，這些接口提供每秒 40 千兆位 （Gbps）。這相當(dāng)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(gè) USB 2.0 接口是否完成了 COM 上的 USB 選擇？高性能計(jì)算服務(wù)器模塊。除了 2 個(gè)本機(jī) SATA 之外，還提供了對(duì) eSPI、2xSPI、中小型企業(yè)、2 個(gè) I2C、2xUART 和 12 個(gè) GPIO 的支持，以集成簡(jiǎn)單的外設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)通信接口，例如用于服務(wù)目的。

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

服務(wù)器級(jí)主板管理

COM-HPC 的另一個(gè)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(huì)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。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(jí)主板管理控制器 （BMC） 來廣泛擴(kuò)展。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(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)靈活緊湊的異構(gòu)計(jì)算解決方案成為可能，而無需復(fù)雜的啟動(dòng)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(xiàng)。這同樣適用于MXM3顯卡的替代方案，因?yàn)樗鼈円仓挥?14個(gè)引腳。隨著 COM-HPC 支持極其精簡(jiǎn)的模塊化設(shè)計(jì)（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(jī)架系統(tǒng)設(shè)計(jì)薄插槽卡。 但也可用于 GPGPU、現(xiàn)場(chǎng)可編程門和數(shù)字信號(hào)處理器的擴(kuò)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(qiáng)大的嵌入式計(jì)算設(shè)定了全新標(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(dá)四個(gè) 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(xiàng)。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(gè) PCIe 通道（COM Express 類型 6 僅提供 24 個(gè)）之外，現(xiàn)在還首次有兩個(gè) 25 GbE KR 接口和最多兩個(gè) 10 Gb 基本 T 接口，這明顯多于當(dāng)前的單個(gè) GbE LAN。另一個(gè)吸引人的功能是多達(dá)兩個(gè)MIPI-CSI接口，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的攝像頭連接，以實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)感知和協(xié)作機(jī)器人。除了 4 個(gè) USB 2.0 之外，許多開發(fā)人員還會(huì)喜歡提供方便、多功能且功能極其強(qiáng)大的 USB 4.0 接口。其中將有多達(dá)四個(gè)，用于連接高達(dá)40 Gbps的超快內(nèi)存，或通過一根USB-C電纜連接多達(dá)兩個(gè)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。現(xiàn)在支持包括 3 個(gè)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(jì)現(xiàn)在都在載板上執(zhí)行。其他接口包括 2 個(gè)聲線和 I2S 以及 2 個(gè) SATA;電子點(diǎn)心、2 個(gè)SPI、中小型企業(yè)、2 個(gè) I2C、2 個(gè) UART 和 12 個(gè) 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(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)鐘速率高達(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)編解碼器都接收自己的 ID，該 ID 將被評(píng)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(jì)，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(biāo)準(zhǔn)提供。PICMG COM-HPC小組委員會(huì)的成員包括阿克羅馬格，愛德華，研華科技，AMI，安費(fèi)諾，康佳特，艾瑪電子，艾默生機(jī)器自動(dòng)化解決方案，Ept，快柵，GE自動(dòng)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(fèi)爾德大學(xué)，VersaLogic公司，愛德聯(lián)，康佳特和控創(chuàng)是委員會(huì)的贊助商，而康佳特營(yíng)銷總監(jiān)克里斯蒂安·埃德爾則擔(dān)任COM-HPC委員會(huì)主席。作為草稿編輯，他還在現(xiàn)有COM Express標(biāo)準(zhǔn)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(huì)的編輯和秘書。

凈氧化氮和 PAM4 眼圖

要實(shí)現(xiàn)200G/400G等高以太網(wǎng)速度，需要取得相當(dāng)大的技術(shù)進(jìn)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(jí) （PAM2） 和脈沖幅度調(diào)制 4 級(jí) （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(yàn)。

審核編輯：郭婷