האצת הביצועים הגבוהים במערכות מודולריות

PICMG יצרה את התקן למחשבים על מודול – COM–HPC – מתוך מטרה לענות על דרישות הביצועים ורוחב הפס של ההתמרה הדיגיטלית. התקן COM–HPC המדורג הרבה מעל COM Express, מספק בסיס עם קיימות גבוהה לטווח הארוך לכל היישומים הקיימים והעתידיים. המפרט הטכני COM–HPC Mini מאפשר לבצע הגירה של תכנונים קיימים לתכנונים בתקן החדש בעל הביצועים הגבוהים.

ראשית, חשוב לציין שתקן COM Express ימשיך לקבל תמיכה באופן פעיל במודולים ועדכונים חדשים. ככלות הכל, קיימים אין ספור יישומים שאין להם צורך בדחיפת ביצועים מעבר לתקנים PCIe דור  4ו- GbE או שהם צריכים ממשקים רבים יותר מאשר קודם, באופן משמעותי. לכן, רק יישומים שיש להם צורך ממשי בתכונות חדשות אלו, יעברו הגירה. בסופו של דבר, הייתה זו הופעתו של התקן PCIe דור 5, בין היתר, שיצרה את הצורך ביצירת מפרט חדש, כדי לפרוש את הפוטנציאל הטמון בטכנולוגיית מעבדים מתקדמת ביותר, כגון מעבדי הליבה של Intel דור 13, בפני מחשבים על מודולים שמיועדים ליישומים בעלי רגישות לעלות ושדורשים אבטחת תכנון לטווח ארוך.

קטן יותר מתאים תמיד

המפרט הטכני החדש COM–HPC Mini, שאושרר במלואו במחצית הראשונה של שנת 2023, הופך את ההגירה מתכנונים קיימים בתקן COM Express, לקלה יחסית. בהשוואה למפרט COM Express Compact, התקן COM–HPC Mini יוצר תכנונים קטנים ושטוחים יותר, ועדיין עם 400 פינים לביצועים גבוהים הוא מציע אותו מספר ממשקים כמעט במחבר יחיד, כאשר לתכנון בתקן COM Express יש צורך בשני מחברים. לכן, שילוב מודולים כאלו בתכנונים של מערכות קיימות לא מציב כל אתגר מנקודת מבט מכנית. כל מה שנדרש לו התאמה, הוא הלוח הנושא.

אם כן, לקוחות יצרני ציוד מקור אשר מעונינים לתכנן מערכות בדור הבא, ניצבים בפני השאלה: האם עליהם להשתמש במעבדי ליבה של Intel דור 13 במערכת COM Express Compact? במקרה כזה, כל שעליהם לעשות הוא לשלב מודולים חדשים על מחשב. או אולי השאלה היא: האם עליהם להשתמש במעבדי הליבה של Intel דור 13 כדי למנף את כל התכונות החדשות במערכות של הדור הבא, שבהן COM Express לא תומך? בסופו של דבר, ומעבר להחלטות אסטרטגיות לטווח ארוך, השאלה מצטמצמת והופכת להיות: האם טווח הביצועים הקיים יתאים לתכנונים החדשים או שמא עדיף לבחור בנתיב שדרוג עם ביצועים גבוהים.

ממשקים עם יכולות רבות יותר

אין ספק שאחת הסיבות שיישומים לביצועים גבוהים בוחרים ב- COM–HPC, היא היכולת לשדרג את רוחבי הפס הגבוהים פי 2 של PCIe דור 5 עם 32 ג’יגה העברות בשנייה (GT/s). שדרוג זה מאפשר להשתמש ביחידות GPU ובכונני SSD המתקדמים ביותר, בשילוב עם טכנולוגיית המעבדים המתקדמת ביותר, כגון מעבדי הליבה דור 13 של Intel, לקבלת תוצאות אופטימליות. רוחב פס גבוה יותר חשוב במידה רבה בגלל ערכות הנתונים לאינטליגנציה מלאכותית (AI) ולמחשוב ביצועים גבוהים, שמתרחבות כל הזמן, ומפני שטעינת נתונים אלו מכרעת לביצועי היישומים מקצה לקצה.

אם מערכות אלו יהיו מחוברות ברשת באופן נרחב כצומתי קצה, חשוב יהיה לקבל גם תמיכה טבעית מקומית של ממשק Ethernet שני וכן רוחב פס רחב יותר ברשת Ethernet. הזחילה מ- 1x GbE לרשת של 2×10 GbE עם TSN ו- 2x 10GbE דרך ממיר לטורי וממנו (Serdes), מציעה למערכות אלו הגדלת ביצועים משמעותית ביותר, עם האפשרות לממש רישות קווי או טבעתי במקום רישות כוכב.

תכונה שימושית נוספת היא התמיכה בחיבורי 4x USB 4.0, 4x USB 3.2 x1/USB 3.2 x1 ו- 8x USB 2.0 לאינספור הרחבות או למימוש קל של תקן Thunderbolt 4. מימוש כזה מאפשר להעביר את אספקת המתח, קלט המשתמש ואותות הווידיאו ברזולוציה גבוהה אל ממשקי HMI דרך כבל יחיד, או לחבר עד חמישה התקנים נוספים בטור: תחנות עגינה, רכזות, התקני PCIe חיצוניים, התקני גרפיקה חיצוניים ועד שתי תצוגות של 4k. כל זאת וכמה הרחבות נוספות הופכות את COM–HPC לתקן של העתיד. הודות לתקן COM–HPC Mini אפשר מעתה לממש אותו במאמץ קטן יחסית, מאחר שבאופן עקרוני צריך להתאים רק את הלוח הנושא ופתרון הקירור של המודול.

עיקרו של העולם המשובץ: COM–HPC Mini

ספינות הדגל בין מצגות העולם המשובץ של congatec אינן אלא דוגמאות מוקדמות של תכנון בתקן COM–HPC Mini. למודולים ראשונים אלו לביצועים גבוהים, בתקן COM–HPC Mini שיצאו לשוק באופן רשמי אחרי האשרור הסופי של המפרט החדש שהתקבל מ- PICMG, יש את מעבדי הליבה החדשים דור 13 של Intel (נושאים את שם הקוד Raptor Lake), אשר קובעים את בוחן הביצועים (benchmark) המתקדם ביותר עבור הרמה הגבוהה של מחשוב משובץ ומחשוב קצה ברמת הלקוח.

עם המחשבים על מודול לביצועים גבוהים שהושקו לאחרונה עם מעבדי הליבה דור 13 של Intel על לקוח COM–HPC בגודל A ובגודל C, חברת congatec מציעה מעתה לאנשי הפיתוח את רוחב הפס המלא למודול בתקן COM–HPC עבור דור המעבדים החדש הזה. הודות לקישוריות מהשורה הראשונה, התקן COM–HPC פותח בפני אנשי פיתוח אופקים חדשים של תכנונים חדשניים עם דרישות שמתרחבות מעבר לאפשרי להשגה עם COM Express במונחים של תפוקת נתונים, רוחב פס של קלט/ פלט (I/O) וצפיפות הספק. מאידך, המודולים של congatec התואמים ל- COM Express 3.1 עם מעבדי הליבה דור 13 של Intel, מסייעים בעיקר להבטיח השקעות בתכנוני OEM הקיימים, למשל על ידי אספקת נתיב לשדרוג תפוקת נתונים בזכות תמיכה בדור 4 של PCIe.

שירותים והדרכות נוספים לפישוט התכנון

ואולם, איך יוכלו יצרני ציוד מקור להשיג במהירות מימוש של COM–HPC? כאן באים יצרנים כמו congatec לעזרת הלקוחות עם אקדמיה ייעודית להדרכה, שמציעה קורסים לתכנון לוחות נושאים, כדי לספק לאנשי הפיתוח את הידע המעשי הטוב ביותר לצורך תכנון. המטרה היא להציג בפני מתכנני המערכות הקדמה מהירה, קלה ויעילה לכללי התכנון בתקן PICMG החדש. לצורך כך, בקורסי הדרכה אלו מנחים את אנשי הפיתוח בכל העקרונות הבסיסיים של תכנון ותוכניות לשיטות עבודה הטובות ביותר, המומלצים וההכרחיים, עבור מודולים על מחשב, כדי שאז הם יוכלו להתחיל את הפרוייקטים שלהם בתכנון לוחות נושאים. מוקד העברת הידע הוא על תכנונים של לוחות נושאים תואמי תקנים, שהם חיוניים לבניית פלטפורמות מחשוב משובצות, עמידות, ניתנות לשדרוג ולהתאמה אישית, ועם יכולת פעולה CHBH,. האקדמיה שפועלת באופן גלובלי, מציעה קורסים מקוונים וקורסים באתר ומכוונת לאנשי פיתוח בארגונים לייצור ציוד מקור, בחברות לציוד עם ערך מוסף (VAR) ובחברות לשילוב מערכות. לקוחות שמעונינים להשתמש בהתקני COM–HPC אך אין להם משאבים כדי לשלב את המודולים בעצמם, יכולים להפיק תועלת משירותי התכנון של congatec שישמחו לטפל בכך עבורם. אפשר לקבל תכנון של לוח נושא, תכנון של פתרון קירור מותאם אישית ואף שירותי אינטגרציית מערכות מלאה. עם טווח מקיף זה של מוצרים ושירותים, congatec ממשיכה לבסס את הבטחתה ללקוחות: “אנו מפשטים את השימוש בטכנולוגיה משובצת”.

עם היצע מקיף ומגוון כל כך – החל במודולים, פתרונות קירור, הערכות מוכנות ליישום ולוחות נושאים של יישומים להערכה ומוכנים למימוש ועד שירותי הדרכה לתכנון ותכנון מלא – שחברת congatec מספקת, היא יוצרת מערכת אקולוגית מעמיקה בתקן COM–HPC שבה תכנונים חדשים ו”מעברים מהירים” של תכנון להגירה מ- COM Express ל- COM–HPC Mini כבר אינם מהווים אתגר רציני.

איור 1: דור 13 של מעבדי הליבה של Intel: חברת congatec מספקת אותם במודולי COM Express Compact ובמודולי COM-HPC Client בגודל C, A ו- Mini (משמאל).

איור 2: הממשקים החדשים המהירים הרבים שמסופקים בעקבת מעגל של COM–HPC Mini בגודל 95×70 מ”מ אטרקטיביים ביותר עבור מחשבי תיבה ו- DIN rail בעלי ביצועים גבוהים.

איור 3: “ההדרכה שלנו בתחום תכנון לוחות נושאים בתקן COM–HPC Mini גם מדריכה אנשי תכנון כיצד להגר את תכנוני COM Express Basic לתכנוני COM Express Mini”. דניאל שטדלר [Daniel Stadler], מנהל תמיכה ותכנון בחברת congatec.

איור 4: שרת על מודולים של congatec עם מעבדי Xeon D 2700 של Intel בגודל D הקומפקטי של שרת COM–HPC.

בנוסף למחשבים על מודול, COM–HPC מציע גם שרתים על מודולים ליישומי קצה. חברת congatec הרחיבה לאחרונה את תיק המוצרים שלה, ברמת ביצועים זו שכולל שרתים על מודול מבוססי מעבד Xeon D 2700 של Intel עם חמישה מודולים חדשים ברמת הביצועים של שרת COM–HPC הקומפקטי בגודל D (160×160 מ”מ). ההשקה מדגישה את הדרישה המסיבית בתעשייה לביצועים של שרתים מתקדמים ביותר, בגורם צורה קטן וקשיח שמתאים לתנאי סביבה מחוץ למבנים. בנוסף, היא מקדמת את מעבדי Xeon D-2700 של Intel שמספקים עד 20 ליבות, לתוך המרחב של יישומים מעורבים קריטיים לזמן אמת. בהשוואה למודולי שרת COM–HPC הגדולים יותר בגודל E (200×160 מ”מ) שכבר זמינים, מספר מודולי DRAM שנתמכים קטן בחצי, מ–8 ל–4. עם זאת, הם מתאפיינים בזיכרון RAM מרשים מסוג DDR4 בגודל 512 ג’יגה ביית עם 2,933 מגה העברות בשנייה (MT/s). היתרון הגלום בהגבלת זיכרון RAM הוא שהמודולים תופסים פחות מקום – מקטינים את עקבת המעגל ב- 20% בהשוואה לגודל E. יישומי היעד של מודולי COM–HPC החדשים עם מעבד Xeon D-2700 של Intel הם פרישות שרתים מהשורה הראשונה, משובצים בצורה נרחבת, עם הגבלת מקום ודרישה לתפוקת נתונים גבוהה, אך עם עומסי עבודה מופחתים של הזיכרון. אפשר למצוא אותם בסביבות מרושתות של IIOT לזמן אמת, כגון מפעלים חכמים ותשתיות קריטיות.

המחבר:

כריסטוף ווילד [Christof Wilde], הוא מנהל תוכן בחברת congatec.