COM-HPC：无限的高速可扩展性

由于数字化转型，对嵌入式计算机提供高速性能的需求正在增长。若要为新一类嵌入式边缘服务器提供服务，可伸缩性必须不受限制。凭借其 440 引脚，COM Express 没有足够的接口来存储功能强大的边缘服务器。COM 快速连接器的性能也正在慢慢接近其极限。虽然 COM Express 可以轻松处理 PCIe Gen 3 的 8.0 GHz 时钟速度和 8 Gbit/s 吞吐量，但连接器是否符合某些技术进步（如 PCIe Gen 4）的判断仍有待确定。

COM-HPC 为嵌入式计算服务器和嵌入式计算客户端指定了两种不同的引脚排列。

无外设嵌入式服务器性能

新型无外设边缘服务器对超高嵌入式边缘性能和扩展连接性的需求最大，这些服务器越来越多地用作工业应用中的分布式系统，适用于恶劣环境和扩展温度范围。为了说明对高边缘性能的需求，例如，使用视觉和AI逻辑建立态势感知的自动驾驶汽车，当事情变得棘手时，它根本无法等待在云中计算算法。它必须能够立即做出反应。这同样适用于协作机器人。这要求系统提供至少10 GbE连接以及使用大量并行计算单元的能力，例如，预处理成像传感器数据或执行复杂的深度学习算法。如今，GPGPU越来越多地用于执行这种灵活和多功能的任务。它们通常需要取代 FPGA 和 DSP，需要与中央 CPU 内核建立高速连接。这种需求随着任务的复杂性而增加。凭借其许多 PCIe 通道，COM-HPC 系统可以容纳比 COM Express 更多的加速器卡，从而进一步提高性能。

COM-HPC 指定了五种不同的外形规格：两种用于嵌入式计算服务器，与 COM Express 基本型/紧凑型和微型型类似，三种用于嵌入式计算客户端。所有版本均提供 800 引脚。COM 快递仅提供 440 引脚，这几乎是 COM 快递和 COM-HPC 之间唯一的显著区别，同时没有市场就绪的 PCIe 第 4 代产品。COM-HPC 服务器模块的第二个主要显著特性是多达 8 个 DIMM 插槽，目前可提供高达 1 TB 的 RAM。

海量并行数据处理

在医学成像中，还需要一种结合了强大的CPU和大规模并行数据处理能力的设置，其中人工智能的使用正在增加，以支持基于现有发现的医学诊断。同样的性能要求适用于工业检测系统中使用的无数视觉系统，以及公共视频监控系统。随着越来越多的以前独立的机器和系统被联网，整个工业4.0应用领域也需要更强大的连接。所有这些都推动了对嵌入式系统中高速接口的需求，以实现高性能的互联网解决方案，包括TSN对触觉实时行为的支持。此外，越来越多的工作负载需要整合到单个系统中。除了视觉系统和深度学习中的数据预处理之外，还包括用于入侵检测的防火墙和嗅探系统，它们必须处理与正在运行的应用程序并行的几乎相同的负载。这增加了一倍的要求，并且需要将虚拟机管理程序技术用于具有实时功能的虚拟机，例如来自实时系统的RTS虚拟机管理程序。其他应用包括用于汽车测试系统的数据采集卡和用于5G的测量技术，以及通过PCIe连接具有快速NVMe存储器的工业存储系统。工业服务器机架中 5G 无线电塔和模块化刀片的边缘逻辑也可以从高性能计算机模块中受益。

COM-HPC是计算机模块市场发展的一个一致步骤。然而，COM-HPC可能需要数年时间才能达到与COM快递类似的市场份额，因为COM快递也需要大约5年的时间才能在数量上超过ETX。由于ETX模块今天仍在销售，现有的COM快递客户也可以期望在未来许多年内购买COM快递模块。

高达 1 TB 的 RAM

.COM？HPC 将通过高达 100 GbE、高达 32 Gb/s 的 PCIe 第 4 代和第 5 代，以及多达 8 个 DIMM 插槽和功率超过 200 瓦的高速处理器来满足这些高速性能要求。新标准区分了两种基本变体：无头COM？HPC 服务器模块（也称为模块上的服务器）和 COM？HPC 客户端模块，遵循 COM Express 类型 6 计算机模块的概念。

.COM？HPC模块上的服务器将能够通过其8个DIMM插槽托管1.0 TB的大量RAM。它们还将运行多达 8 个 25 GbE，并支持多达 64 个 PCIe Gen 4 或 Gen 5 通道（即，I/O 性能高达 256 GB/s）。这种超快的连接属于嵌入式边缘服务器类别，新的 PCIe 通道在 PCIe Gen 5 中提供超过 32 Gbit/s 的传输速率。这种性能是必需的，并且可以通过高性能接口直接实现，因为已经可以使用能够传输28 Gbs不归零（NRZ）的组件。此外，还计划通过 800 引脚实现多达 2 个功能强大的 USB 4 接口。基于雷雳 3.0，这些接口提供每秒 40 千兆位 （Gbps）。这相当于每秒约5千兆字节（GB），大约是USB 3.2的两倍，最大支持20 Gbps，最高支持2倍。另外 4 个 USB 2.0 接口是否完成了 COM 上的 USB 选择？高性能计算服务器模块。除了 2 个本机 SATA 之外，还提供了对 eSPI、2xSPI、中小型企业、2 个 I2C、2xUART 和 12 个 GPIO 的支持，以集成简单的外设和标准通信接口，例如用于服务目的。

COM-HPC 服务器和客户端模块上提供的 USB 4.0 接口集成了雷雳 3，支持高达 40 Gbps 的 4K 显示器、高达 100 瓦的功率以及 PCIe、USB、显示端口和雷雳协议。

服务器级主板管理

COM-HPC 的另一个新功能是集成的系统管理界面。该软件界面目前由PICMG小组委员会定义，旨在将强大而复杂的IPMI定义的一小部分包含在COM-HPC规范中，以便轻松实现完整的服务器功能。借助此接口，COM-HPC 将提供真正的边缘服务器功能，这些功能可以通过在载板上集成合适的服务器级主板管理控制器 （BMC） 来广泛扩展。需要相关的载板设计指南来帮助标准的新手入门。该规范将进一步为图形处理器或FPGA开发COM-HPC器件模块提供可能性。为此，该规范定义了 PCIe 时钟输入，以便 COM-HPC 模块也可以用作客户端。这使得设计灵活紧凑的异构计算解决方案成为可能，而无需复杂的启动卡，而传统上，图形卡是为以90度角安装在主板上的PCIe插槽而开发的。它们还提供更少的连接选项。这同样适用于MXM3显卡的替代方案，因为它们也只有314个引脚。随着 COM-HPC 支持极其精简的模块化设计（也适用于 GPGPU），因此可以为提供基于 GPGPU 的 COM-HPC 服务器模块和加速器模块的机架系统设计薄插槽卡。 但也可用于 GPGPU、现场可编程门和数字信号处理器的扩展。

与目前采用 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 的两到四倍。

800 引脚，而不是 440 引脚

除了这种为强大的嵌入式计算设定了全新标准的超高性能嵌入式边缘服务器类别之外，第二类 COM-HPC 客户端模块将自己定位在 COM Express Type 6 规范之上。由于较小的基底面只能容纳多达四个 SO-DIMM 插座，因此主要区别在于引脚数量：800 引脚显然比 COM Express 的 440 引脚提供更多的接口选项。但是，只要 COM Express 也可以处理 PCIe Gen 4（至少在向下兼容性方面可以假定），COM Express 系统的开发人员就不必切换到 COM-HPC 客户端模块。除了 49 个 PCIe 通道（COM Express 类型 6 仅提供 24 个）之外，现在还首次有两个 25 GbE KR 接口和最多两个 10 Gb 基本 T 接口，这明显多于当前的单个 GbE LAN。另一个吸引人的功能是多达两个MIPI-CSI接口，可实现经济高效的摄像头连接，以实现态势感知和协作机器人。除了 4 个 USB 2.0 之外，许多开发人员还会喜欢提供方便、多功能且功能极其强大的 USB 4.0 接口。其中将有多达四个，用于连接高达40 Gbps的超快内存，或通过一根USB-C电缆连接多达两个4K显示器，包括电源和集成的10GbE网络连接。图形也已整理好。现在支持包括 3 个专用 DDI 接口。显示端口、数字输入/视频增益和数字视频处理器-I、HDMI 或 DVI 至 LVDS 转换器的特定设计现在都在载板上执行。其他接口包括 2 个声线和 I2S 以及 2 个 SATA;电子点心、2 个SPI、中小型企业、2 个 I2C、2 个 UART 和 12 个 GPIO 完善了功能集。

作为新接口添加到规范中的 SoundWire 将取代当前使用的 HDA 接口。SoundWire 是一种 MIPI 标准，只需要两条时钟和数据线（时钟速率高达 2.288 MHz）即可并行连接多达四个音频编解码器。每个编解码器都接收自己的 ID，该 ID 将被评估。

与新规范所涉及的公司之一有业务关系的OEM可以开始合适的载板设计，只要他们将其保持在NDA之下并且不与第三方共享。新规范仅在正式发布后作为开放标准提供。PICMG COM-HPC小组委员会的成员包括阿克罗马格，爱德华，研华科技，AMI，安费诺，康佳特，艾玛电子，艾默生机器自动化解决方案，Ept，快栅，GE自动化，HEITEC，英特尔，控创，MEN，MSC技术，N.A.T.，nVent，萨姆特，山高，TE连接，特伦茨电子，比勒费尔德大学，VersaLogic公司，爱德联，康佳特和控创是委员会的赞助商，而康佳特营销总监克里斯蒂安·埃德尔则担任COM-HPC委员会主席。作为草稿编辑，他还在现有COM Express标准的开发中发挥了重要作用。来自康创的斯特凡·米尔诺和来自萨姆泰克的迪伦·朗支持克里斯蒂安·埃德尔担任PICMG COM-HPC委员会的编辑和秘书。

净氧化氮和 PAM4 眼图

要实现200G/400G等高以太网速度，需要取得相当大的技术进步。有两种编码方案是可能的：非归零 （NRZ），也称为脉冲幅度调制 2 级 （PAM2） 和脉冲幅度调制 4 级 （PAM4）。由于NRZ的奈奎斯特频率较高，导致通道相关损耗较高，因此PAM4已成为更可行的解决方案。COM-HPC 连接器支持这两种模式，因此经得起未来考验。

审核编辑：郭婷