El PICMG pronto adoptará oficialmente el estándar COM HPC Computer-on-Module. Parte del nuevo estándar es la especificación COM HPC Server. Fue desarrollado para la informática de servidor edge de alta gama, que espera ansiosamente nuevas interfaces de alta velocidad como PCI Express 4.0 y 5.0, así como Ethernet de 25 Gbit. En comparación con los servidores basados en COM Express Type 7 ya establecidos, la nueva especificación tiene casi el doble del ancho de banda de la interfaz con sus 800 líneas de señal y, por lo tanto, proporciona una gama significativamente mayor de funciones además del aumento del rendimiento. ¿Cuáles son los mercados y aplicaciones más importantes para los nuevos módulos servidor SOM de alta gama y cuáles son sus límites?
El COM HPC Server se dirige a toda la gama de servidores edge, ya que los nuevos módulos servidores SOM tienen un consumo máximo de energía de hasta 300 vatios y, por lo tanto, pueden usar los potentes procesadores Intel Xeon y AMD EPYC. Sin embargo, no se espera que los primeros módulos estén disponibles hasta el lanzamiento de los próximos procesadores Intel Embedded Server.
Los módulos COM HPC pueden admitir actualmente hasta 1 Terabyte RAM en hasta 8 conexiones SO-DIMM. En definitiva, ese es el factor limitante. La memoria alojada en los módulos no se puede poner directamente a disposición de otros procesadores paralelos a través de Intel Ultra Path Interconnect o AMD Infinity Fabric Inter-Socket. En cambio, está disponible exclusivamente para cada módulo COM HPC individual. La tecnología de procesador Cascade Lake de doble pastilla / de conexión única con hasta 12 sockets RAM tampoco es factible con COM HPC.
Función maestro / esclavo para inteligencia artificial
Sin embargo, la hoja de ruta incluye instalaciones de módulos múltiples en placas base, ya que COM HPC permite configuraciones maestro / esclavo. Sin embargo, esta característica no está diseñada para placas base de doble procesador, donde dos o más módulos COM HPC Server podrían funcionar en modo maestro / esclavo. Más bien, tiene como objetivo permitir la comunicación entre los módulos COM HPC Server y los módulos COM HPC FPGA y / o COM HPC GPGPU, una tercera área de aplicación del estándar COM HPC además de los módulos COM HPC Server y COM HPC Client. La función maestro / esclavo, disponible por primera vez con módulos COM, se implementó principalmente para hacer que los módulos GPGPU o FPGA planos estuvieran disponibles en un factor de forma que es significativamente más potente que MXM.
Por lo tanto, el estándar COM HPC también representa la integración de funciones como inteligencia artificial, aprendizaje profundo y procesamiento de señal digital (DSP), que es importante para las telecomunicaciones. Con COM HPC, todas estas funciones pueden estar disponibles de manera robusta, ahorradora de espacio y escalable. Dado que los módulos COM HPC Server generalmente no se implementan en placas de doble procesador, el estándar se posiciona en el segmento de rendimiento medio de la tecnología de servidor, que se requiere en diversas configuraciones en la parte edge.
Servidores de infraestructura 5G y sistemas edge conectados
Gran parte de la demanda de un rendimiento de tipo servidor robusto proviene de aplicaciones edge que residen directamente en las infraestructuras de red y comunicación y próximas a ellas. Los ejemplos son celdas pequeñas al aire libre en postes de radio 5G para Internet de banda ancha táctil, o diseños de servidores edge para operador con una profundidad de instalación de 20 pulgadas, que actualmente se encuentran en salas de servidores edge 3G / 4G donde la profundidad de instalación de los bastidores es de solo 600 mm.
En ambos casos, los sistemas a menudo se enriquecen con tarjetas GPU o FPGA para futuros diseños 5G, por ejemplo, para permitir la programación en tiempo real de la transmisión de datos en el rango de microsegundos, lo que subraya nuevamente la necesidad de la función maestro / esclavo en COM HPC. Los módulos COM HPC Server son, por supuesto, también atractivos para la tecnología de medición 5G relacionada.
Servidor OCCERA con soporte completo NFV y SDN
Otra área de aplicación para los módulos COM HPC Server son los diseños robustos de servidores edge que se basan en OCCERA (Open Compute Carrier-grade Edge Reference Architecture) y se construyen en profundidades de rack de 1000 o 1200 mm. Debido al aumento de la virtualización y el soporte para NFV y SDN, se están implementando equipos de infraestructura dedicados en esas plataformas estándar abiertas en cantidades crecientes. Esto incluye firewalls, sistemas de detección de intrusos, conformación de tráfico, filtros de contenido, inspección profunda de paquetes, gestión unificada de amenazas y aplicaciones antivirus. Aquí también, los usuarios se benefician de la escalabilidad bajo demanda y las actualizaciones de rendimiento rentables para la próxima generación de servidores.
De la Industria 4.0 a la consolidación de la carga de trabajo
Finalmente, el equipamiento edge también incluye todos los ordenadores “fog” cercanos a las aplicaciones, es decir, nubes edge redundantes. En el duro entorno industrial, son necesarios para la comunicación de la Industria 4.0 y / o para implementar nuevos modelos de negocio y mantenimiento predictivo integral utilizando análisis de big data edge. Se abre otra área de aplicación de la posibilidad de consolidar el rendimiento informático en un único servidor edge en lugar de ordenadores distribuidos, por ejemplo, para controlar una celda de fabricación con varios robots.
Redes de energía, vehículos autónomos y transporte ferroviario.
También se necesitan servidores edge similares en las redes de energía inteligente para conciliar la generación y el consumo de energía en microrredes y redes de energía virtuales en tiempo real. En tales aplicaciones distribuidas, el 5G en tiempo real también desempeñará un papel, ya que los altos anchos de banda requeridos a lo largo de las rutas de infraestructura se pueden aprovisionar de manera relativamente fácil. Los vehículos autónomos también se beneficiarán de 5G.
También necesitan el rendimiento del COM HPC Server en el habitáculo, ya que tienen que procesar anchos de banda altos a bordo para analizar los datos de cientos de sensores en fracciones de segundo. Se pueden encontrar otras aplicaciones en el transporte, es decir, en el sector ferroviario para proporcionar una gama completa de servicios, tanto a bordo de los trenes como dentro de la infraestructura, desde tecnología de seguridad hasta servicios de transmisión para información y entretenimiento. Los sistemas de transmisión móvil y los servidores de transmisión, así como los equipos para redes de radio terrestres móviles no públicas para uso de las autoridades y organizaciones de seguridad (Red de radio digital BOS) son áreas de aplicación adicionales para los módulos COM HPC Server.
Sistemas de visión inteligente
También se puede encontrar un número considerable de aplicaciones COM HPC Server en sistemas de backend sanitarios, sistemas de inspección industrial y soluciones de videovigilancia edge para una mayor seguridad pública, donde, al igual que con los vehículos autónomos, se deben procesar datos masivos de video e imágenes en paralelo. Sin embargo, una parte importante de estas aplicaciones no dependerá de COM HPC GPGPU, sino que buscará usar extensiones FPGA o gráficos PEG aún más potentes.
Diseños de placas madre modulares
Además de los diseños de sistemas a menudo dedicados para las áreas de aplicación descritas hasta ahora, los módulos COM HPC también se implementarán en placas base estándar robustas, que están disponibles a largo plazo e ideales para el diseño de servidores más pequeños. Utilizadas principalmente en diseños de montaje en bastidor, estación de trabajo o torre, estas placas van desde el formato µ ATX (244 × 244 mm) hasta el factor de forma ATX extendido (305 x 244 mm).
Las placas base EEB (305 x 330 mm) también podrán usar COM HPC. Como algunos de estos últimos cuentan con dos procesadores, solo podrán conquistar parte de este mercado de factor de forma. Sin embargo, traerán escalabilidad previamente inimaginable a este mercado, junto con la opción de personalizar las interfaces de E / S de manera extremadamente rentable y eficiente. Esta es una enorme ventaja para las aplicaciones edge, ya que el panorama de la comunicación industrial es extremadamente heterogéneo en la dirección del proceso y el nivel de campo. En resumen, los módulos COM HPC Server son adecuados para una gama extremadamente amplia de aplicaciones de servidor edge y fog en entornos adversos, por lo que el foco tiende a estar claramente en el procesador.
¿Por qué usar módulos servidor COM HPC?
La especificación COM HPC Server ofrece a los servidores edge todas las ventajas de los módulos servidor estandarizados, con los que estamos familiarizados en el mercado de módulos COM, es decir, el rendimiento puede adaptarse a las necesidades específicas de la aplicación. Por lo tanto, en un rack con ranuras de servidor idénticas, es posible adaptar el rendimiento físico a través del diseño de cada módulo individual, optimizando así la relación precio / rendimiento para la aplicación. Esta es una ventaja particular para aplicaciones en tiempo real, donde no es una opción simplemente escalar el equilibrio de carga independientemente de los recursos físicos reales. Más bien, debe ser posible asignar recursos reales de una manera dedicada.
Cuando las actualizaciones de rendimiento se implementan sobre la base de un diseño de sistema existente, los costes para pasar a la próxima generación se pueden reducir a aproximadamente el 50% de la inversión inicial porque, en la mayoría de los casos, es suficiente con, simplemente, reemplazar el módulo del procesador. Esto reduce significativamente el TCO y acelera el ROI. La estandarización independiente del fabricante también garantiza estrategias de segunda fuente, precios competitivos y alta disponibilidad a largo plazo. Finalmente, los módulos servidor también son más sostenibles, contribuyendo en última instancia a una menor huella de CO2 de la tecnología del servidor en la producción, que, a pesar de toda la energía consumida en la operación continua, reduce significativamente el impacto ambiental.
Interfaces avanzadas de gestión del servidor
Otra ventaja de la nueva especificación es la disponibilidad de una interfaz de gestión remota dedicada. Esta interfaz está siendo definida actualmente por el PICMG Remote Management Subcommittee. El objetivo es hacer que parte del conjunto de funciones especificado en la interfaz de gestión de plataforma inteligente (IPMI) esté disponible para la gestión remota del módulo del servidor edge.
De manera similar a la función esclava, COM HPC también proporcionará funciones extendidas de gestión remota para comunicarse con los módulos. Este conjunto de características garantiza a los OEM y usuarios la misma fiabilidad, disponibilidad, mantenibilidad y seguridad (RAMS) que es común en los servidores. Para necesidades individuales, esta función se puede ampliar a través del controlador de administración de la placa que se implementará en la placa base.
Esto proporciona a los OEM una base uniforme para la gestión remota que se puede adaptar a requisitos específicos.
Inigualable diseño de interfaz personalizada y actualizaciones de rendimiento
Con todo, el COM HPC Server ofrece muchas ventajas. Cada vez que los servidores edge necesitan una combinación muy específica de interfaces que también deben caber en un espacio reducido, los módulos servidor son simplemente inigualables. En tales casos, el diseño de una placa base se puede implementar mucho más rápido y rentable que un diseño totalmente personalizado. Hasta el 80% de los costes de NRE, a veces incluso más, se pueden ahorrar de esta manera.
Además, es muy probable que los módulos COM HPC Server encuentren un uso generalizado en servidores industriales estándar, ya que las ventajas de coste del escalado de rendimiento para la próxima generación no tienen comparación. El uso de módulos se fortalecerá aún más por el hecho de que el rendimiento del servidor se proporcionará cada vez más como un servicio, por lo que la inversión correrá a cargo del proveedor del servicio en lugar del usuario.
COM HPC: un estándar, tres campos de aplicación
El estándar PICMG COM HPC especifica tres variantes generales: Primero, los llamados módulos COM HPC Server, que se colocan por encima de la especificación sin cabezal COM Express Tipo 7, y segundo los módulos COM HPC Client, que se comercializan como sucesores del COM Express Especificación tipo 6. Un tercer campo de aplicación para la especificación son los módulos FPGA / GPGPU, para los que se han reservado funciones maestro / esclavo adecuadas en el estándar.
Mientras que los módulos COM HPC Server y FPGA / GPGPU se perciben principalmente como innovaciones, los módulos COM HPC Client generan preocupaciones sobre el efecto disruptivo en el popular COM Express Tipo 6. Los usuarios de estos módulos son un poco más escépticos sobre el estándar COM HPC. Quieren proteger las inversiones existentes de COM Express y se preguntan: ¿durante cuánto tiempo se ofrecerá COM Express y debo cambiar a COM HPC ahora? ¿Cuáles son las ventajas para mis clientes? Principalmente quieren saber qué ofrecen los módulos COM HPC Client y en qué se diferencian de COM Express.
Al referirse a módulos COM en lugar de módulos Client, los usuarios captan rápidamente el nuevo concepto. Conocen las ventajas de estos productos desde que se publicó el estándar ETX Computer-on-Module a principios del milenio. Y es precisamente esta experiencia la que proporciona la respuesta a casi todas las preguntas: un estándar COM líder siempre ha sido la garantía de disponibilidad masiva a largo plazo y esto también se aplica a todos los diseños COM Express existentes. Los módulos COM Express nunca desaparecerán rápidamente ya que miles de fabricantes de equipos originales las utilizan en sus aplicaciones industriales, confiando en las promesas de disponibilidad a largo plazo de los procesadores embebidos y los estándares de factor de forma embebido. ¡Y con razón! Para que pueda seguir con seguridad con sus diseños COM Express. Definitivamente, no hay necesidad de cambiar, siempre y cuando la especificación de interfaz dada, satisfaga sus requisitos.
Por otro lado, definitivamente se recomienda pasar de los diseños COM Express a COM HPC para aquellos desarrolladores que deseen beneficiarse de estas nuevas características: PCIe Gen 4.0, más de 32 carriles PCIe para E / S masivas, 4 interfaces de video, USB 4.0, Ethernet de 25 Gbit y gestión remota avanzada. Pero a menos que caigas en este grupo, no hay razón para un cambio apresurado. Por lo tanto, relájese y continúe confiando en los estándares abiertos establecidos.
Autor *: Christian Eder, Director de Marketing de congatec AG y Presidente del Subcomité PICMG
Imagen 1: Los diseños de COM HPC Server permiten el equilibrio de carga en edge no solo a través de la virtualización sino también gracias a la capacidad de escalar núcleos bajo demanda.
Imagen 2: COM HPC Server ofrece significativamente más interfaces que los módulos COM Express Tipo 7.
Imagen 3: Existen dos factores de forma del COM HPC Server diferentes que pueden alojar 4 u 8 sockets SO-DIMM.
Imagen 4: Se puede proporcionar un servidor edge con E / S altamente personalizadas de manera mucho más rentable cuando se utilizan módulos SOM, ya que las placas base individuales incurren en costes de NRE significativamente más bajos.
Imagen 5: La especificación de un nuevo estándar informático embebido de alta gama se hizo necesaria porque COM Express se lanzó en 2005 y ahora tiene 15 años.
