Saksalainen congatec on esitellyt ensimmäiset COM-HPC Mini -määrittelyn mukaiset moduulit. Jotta laitevalmistajat voivat ketterästi optimoida ja laajentaa ratkaisujen tarjontaansa, on congatecin valikoimassa moduulien lisäksi edustettuna kokonainen COM-HPC-ekosysteemi, jonka avulla suunnittelijoiden on mahdollista kehittää erittäin kompakteja ja suorituskykyisiä järjestelmiä tuotteiksi, jotka mahtuvat hyvin pieneen tilaan.

Digitaalinen siirtymä on yhdistämässä teknologian, koneet ja ihmiset toisiinsa ennen näkemättömällä tavalla. Yhteistyörobotit, itseohjautuvat ajoneuvot, tekoälytehosteiset terveydenhuollon laitteet ja nopea 5G-tietoliikenne ovat esimerkkejä tästä kehityksestä. Pysyäkseen tämän kiihtyvällä tahdilla kehittyvän markkinan eturintamassa laitevalmistajien on jatkuvasti tarkasteltava ja optimoitava ratkaisujensa tarjontaa.

Suorituskykyloikka COM-HPC:hen on olennainen osa, kun monia uusia sovelluksia tarkastellaan nopeasti lisääntyvien teknisten vaatimusten valossa: tekoälytehosteisen videoanalytiikan edellyttämä tilannetietoisuus vaatii äärimmäisen suuria kaistanleveyksiä ja yhä suurempia kameraresoluutioita. Puheohjauksen tulee olla viiveetöntä, mikä myös edellyttää, että tekoälyn tulee pystyä käsittelemään yhä suurempia määriä resoluutiodataa. Lisätyn todellisuuden mukaan tuominen edellyttää myös grafiikkaominaisuuksien jatkuvaa kehittämistä. Reaaliaikaisesti tapahtuva rinnakkainen datankäsittely Teollisuus 4.0 -prosessien mukaisesti vaatii myös mahdollisimman pienin viivein tapahtuvaa datan välityskykyä. Viimeisenä vaan ei vähäisimpänä kyberturvallisuus asettaa omat vaatimuksena laskentatehon lisäykselle. Ja kaiken tämän lisäksi järjestelmäsuunnittelijoiden tavoitteena on merkittävällä tavalla optimoida suunnittelemiensa alustojen liitettävyyttä hyödyntämällä viimeisintä teknologiaa kuten esimerkiksi Thunderbolt 4 -väylää.

congatec tuo 13. sukupolven Intel Core -prosessorit saataville COM-HPC Size A-, C- ja Mini- sekä COM Express Compact -formaateissa.

COM-HPC-standardi on kehitetty vastaamaan edellä mainittuihin kasvaviin vaatimuksiin. Nyt sovellustarjontaa on mahdollista laajentaa entisestään, kun COM-HPC Mini -moduuleja on saatavissa 13. sukupolven Intelin Core-prosessoreilla (koodinimellä Raptor Lake) varustettuna, jolloin suunnittelijoilla on pääsy kokonaiseen ekosysteemiin suunnitellessaan kolmannen sukupolven modulaarisia kehittyneitä sulautettavia ja edge-laskentaa soveltavia tuotteita. Ekosysteemiin kuuluu valikoimaa kehittyneistä palvelinmoduuleista erittäin kompakteihin asiakasmoduuleihin, jotka ovat kooltaan luottokortin luokkaa.

Käyttämällä COM-HPC Mini -formaattia jopa kaikkein kompakteimmat COM Express Compact ja COM Express Mini -ratkaisut hyötyvät kehittyneestä suorituskyvyn lisäyksestä ja uusien nopeiden liitäntöjen määrän merkittävästä kasvusta. Tällä tavoin kokonaisia tuoteperheitä saadaan sovitettua uuden PICMG-standardin mukaisiksi – ilman että järjestelmän sisäistä suunnittelua tarvitsee merkittävästi muuttaa, eikä kotelointikaan vaadi moduulin ja kantakortin koon lisäksi muita muutoksia.

COM Express Compact muuntuu helposti COM-HPC-formaattiin

Tämä ei ollut mahdollista COM-HPC Size A -määrittelyssä. Tähän asti mitoiltaan 95 x 120 mm (11400 mm²) pienimmät COM-HPC-formaatit ovat yhä 32 % suurempia kuin kooltaan 95 x 95 mm (9025 mm²) oleva COM Express Compact. Pinta-alan näkökulmasta se on 25 mm liian leveä, jotta nykyiset COM Express Compact -suunnittelut saataisiin muutettua COM-HPC-formaattiin. Koska COM Express Compact on kaikkein yleisin COM Express -formaatti ja ainoastaan kehittyneimmissä tuoteryhmissä yhä nykyisin on käytössä kooltaan suurempi COM Express Basic -formaatti, suunnittelijoiden haasteena on järjestelmäsuunnittelujen koon asettamat vaatimukset. Koon pienentäminen on nyt kuitenkin mahdollista. Tässä mielessä kooltaan 95 x 70 mm oleva COM-HPC Mini tarjoaa uudenlaisia mahdollisuuksia erityisesti hyvin kompaktien järjestelmien suunnitteluun.

COM-HPC:ssä on vain 400 nastaa, mikä on 40 nastaa vähemmän kuin COM Express Type 6:ssa (jossa on 440 nastaa). Suunnittelijat hyötyvät kuitenkin merkittävästä kaistanleveyden kasvusta ja suuremmasta liitäntöjen tarjonnasta, mitä uusimmat ja tehokkaammat standardit tarjoavat. PCIe-linjojen normaali määrää on saatu vähennettyä COM Express Type 6:n 24 linjasta COM-HPC Minin 16 linjaan.

400 nastaa sisältävä COM-HPC Mini sopii suurelle määrälle tehokkaita liitäntöjä alueelle, joka on tuskin suurempi kuin luottokortti.

Useimmat kompakteimmatkaan järjestelmäsuunnittelut ovat harvoin käyttäneet hyväkseen koko tätä liitäntäkapasiteettia. Käyttämällä PCIe Gen 5:tä ja jopa PCIe Gen 6:ta, 4 x USB 4.0:aa, 2 x 10 Gb/s:n ethernetiä, joka on laajennettavissa 4-porttiseksi 2 x SERDES-linjojen avulla, ja enimmillään neljää näyttöliitäntää, COM-HPC Mini -määrittely mahdollistaa kaiken tämän hetken uusimman tekniikan tason toteuttamisen. Sen lisäksi ottamalla käyttöön uusimmat oheisliitännät, kuten 2 x MIPI-SCI kameroita varten, voidaan teollisuuden tarpeisiin toteuttaa esimerkiksi CAN-väylä ja 2 x UART. Uutena ominaisuutena on lisätty toiminnallisen turvan tuki. Sen avulla on mahdollista toteuttaa hyvin kompakteja sovelluksia, joiden tulee olla vakaita turvakriittisissä reaaliaikaisissa tehtävissä suorittaessaan samalla muita tehtäviä yhdessä ja samassa järjestelmässä tulevaisuudessa. Esimerkkeinä tällaisista sovelluksista voidaan mainita itseohjautuvat liikkuvat robotit ja ajoneuvot.

Uusi on parempi pidemmällä tähtäimellä

Uusien tehokkaiden sovellusten suunnittelijat arvostavat suunnitteluun saatavaa lisääntynyttä turvaa, sillä COM-HPC-liitin pystyy määrittelyn mukaan välittämään merkittävästi suurempia datanopeuksia kuin COM Express. Toki myös vuoden 2022 lopulla julkistettu COM Express 3.1 -määrittely, joka tukee PCIe 4.0:aa 16 Gb/s:iin saakka, tarjoaa mahdollisuuden lisätä nopeutta. Sen suorituskyvyn lisäämiselle on kuitenkin näkyvissä jo raja. Intelin Core-prosessorin 13. sukupolven julkistamisen yhteydessä oli nähtävissä, että kuilu on alkanut muodostua, koska COM-HPC yksinkertaisesti tarjoaa enemmän. Jotkut vaihtoehdot tukevat jo PCIe 5.0:aa tarjoten jopa kaksinkertaisen datan välityskyvyn.

Kuva 3: Siirtyminen COM Expressistä COM-HPC:hen tuo lukuisia liitäntäetuja.

COM Express kykenee tarjoamaan suunnittelijoille jatkossakin kaistanleveyksiä, sillä suosituin korttitietokonestandardi säilyttää asemansa vielä useita vuosia. Sitä tukevat jatkossa sulautettujen järjestelmien toimittajat ja sitä päivitetään huolellisesti teknologian sallimissa rajoissa. Tämä on erityisen hyvä uutinen hinnaltaan edullisemmille ja/tai vähemmän tehoa kuluttaville suunnitteluille, joissa COM-HPC:n käyttö olisi ylimitoitettua. Kuitenkin uusinta teknologiaa, kuten Thunderbolt 4 -yhdistettävyyttä, hyödyntävät voivat nyt päivittää olemassa olevia kompakteja suunnitteluja. Thunderbolt 4 -portit on varustettu yhteydellä teholähteeseen, kaksisuuntaisella datansiirrolla aina USB 3.2 Gen 2:een asti, yhteydellä 4k-videonäyttöön ja 10 Gb:n ethernetiin yksittäisellä USB-C-kaapelilla laajimmassa kokoonpanossaan. Tämä kaikki vaatii enimmillään 40 Gb/s:n kaistanleveyttä, mikä ei ole mahdollista saavuttaa COM Express -liitintä käytettäessä, ei edes 3.1-määrittelyn mukaisella liittimellä.

13 sukupolven Intel Core -prosessori vauhdittaa COM-HPC:tä

Monet tekijät puhuvat COM-HPC-standardin puolesta. Intelin 13 sukupolven Core -prosessorin julkistaminen on kiihdyttänyt uusien järjestelmäalustojen tuloa markkinoille. Congatec odottaa näiden uusien moduulien käytön yleistyvän nopeasti laitevalmistajien suunnittelujen sarjatuotannoissa, koska uudet prosessorit ja niille taattu pitkäaikainen saatavuus tarjoavat parannusta moniin ominaisuuksiin ja ollen samalla täysin laiteyhteensopiva niiden edeltäjien kanssa, mikä mahdollistaa hyvin nopeasti ja helposti tehtävät toteutukset. Uuteen COM-HPC-standardiin perustuvat moduulit avaavat tuotekehittelijöille uusia näkymiä panostaa suunnitteluissa datan välityskykyyn, I/O-kaistanleveyteen ja suorituskyvyn tiheään pakkaamisen käyttäen hyväksi Thunderboltia ja PCIe-tukea Gen 5:een asti. Uudet COM Express 3.1 yhteensopivat moduulit puolestaan soveltuvat hyvin olemassa olevien suunnittelujen päivittämiseen kasvattamalla datan välityskykyä PCIe Gen 4 -tuen ansiosta.

 Aina on tilaa pienemmälle: COM Express Basic- ja Compact -kantakorteille mahtuu helposti COM-HPC Mini -moduuleja.

Intelin 12. sukupolven Core-prosessoreihin verrattuna 13. sukupolven Core-prosessorit uusilla COM-HPC- ja COM Express Computer -moduuleilla tarjoavat useita etuja. Niillä on mahdollista toteuttaa teollisuusympäristöihin soveltuvia iskunkestäviä suunnitteluja lämpötila-alueelle -40 - +85 ºC käyttäen Intelin innovatiivista teollisuussovelluksiin tarkoitettua hybridiarkkitehtuuria. Niillä on mahdollista saavuttaa 8 % enemmän yksisäikeistä ja 5 % enemmän monisäikeistä suorituskykyä aikaisempaan verrattuna. Uudistetun tuotantoprosessin ansiosta lisäys suorituskyvyssä kulkee käsikädessä paremman energiatehokkuuden kanssa. Muita uusia ominaisuuksia tässä suorituskykyluokassa (15-45 W:n perusteho) ovat liitännät DDR5-muistia ja PCIe Gen 5:tä varten valituilla CPU-versioilla.

Molemmat ominaisuudet parantavat entisestään monisäikeistä suorituskykyä ja datan välityskykyä. Enimmillään 96 suoritusyksikköä käsittävä erittäin nopealla koodauksella ja dekoodauksella varustettu Intelin integroitu Iris Xe -grafiikka-arkkitehtuuri soveltuu vaativan grafiikan toteuttamiseen – esimerkiksi videostriimausta ja/tai videopohjaista tilannetietoisuutta hyödyntäviin sovelluksiin. Kaikki luetellut ominaisuudet tarjoavat merkittäviä parannuksia laaja-alaisesti sulautettujen järjestelmien ja edge-laskennan sovelluksiin, joissa yhä enemmän sovelletaan tekoälyä ja koneoppimista sekä pyritään yhdistämään suoritettavat toiminnot vähemmille alustoille (järkeistämään työkuormaa).

Kestävä COM-HPC Mini

Kun nämä Intelin uudet prosessorit halutaan varustaa kestävyyttä parantavilla ominaisuuksilla kuten juotettavilla RAM-piireillä ja laajalla lämpötila-alueen kestävyydellä, ne voidaan asentaa COM-HPC Mini -moduuleihin. Tämä selkeästi edistää näiden uusien moduulien yleistymistä suurta suoristuskykyä vaativissa järjestelmäratkaisuissa, joihin COM Express ei sovellu.

Korkeus ei ole enää ongelma. COM-HPC Mini -moduulin ja lämmönlevittimen korkeus on vähintään 15 millimetriä. Se on 3 mm vähemmän kuin COM Express Compactin järjestelmäkorkeus 18 mm.

Kuinka hankalaa on sitten muuttaa järjestelmät COM Express -suunnitteluista COM-HPC-suunnitteluiksi? Pähkinänkuoressa todettuna ainoastaan kantakortille tarvitsee tehdä muutoksia, mutta mitoitukset ja liitännät säilyvät entisellään. Toki reititykset ja komponentit tulee sovittaa uuden suorituskyvyn vaatimalla tavalla, jolloin ei pelkästään selvitä moduulia toiseen vaihtamalla. Laitteistotasolla olemassa olevan suunnittelun sovittaminen vaatii kuitenkin ’ainoastaan’ liitäntöjen saattamisen uusien nopeusvaatimusten mukaisiksi. Nopea tiedonsiirto asettaa erityisiä haasteita tässä tapauksessa.

Lisäpalvelut ja koulutus suunnittelun apuna

Congatec tarjoaa asiakastukea kouluttamalla kantakorttien suunnittelijoille parhaita suunnittelukäytäntöjä. Koulutuksen tarkoituksena on opettaa järjestelmäarkkitehdeille nopea ja tehokas johdatus uuden PICMG-standardin mukaisiin suunnittelusääntöihin. Kurssilla käydään läpi kaikki pakolliset ja suositellut korttitietokonemoduulin suunnittelun perusasiat ja parhaimpien käytäntöjen mukaiset menettelyt omien kantakorttien suunnitteluprojektien aloittamista varten. Tietoa annetaan erityisesti standardinmukaisten kantakorttien suunnittelusta, mikä on olennaista yhteistoimintaisten, skaalattavien ja kestävien sulautettavien laskenta-alustojen kokoonpanossa. Congatecin koulutusta on saatavissa maailmanlaajuisesti niin verkossa kuin laitevalmistajien, lisäarvopalveluntarjoajien ja järjestelmäintegraattorien suunnittelutiloissa.

Vaikka viralliset suunnitteluoppaat ovatkin suureksi avuksi, ne ovat useimmiten kuitenkin lähinnä vaatimuskokoelmia. Suunnittelijat kaipaavat kuitenkin myös tietoa siitä, miten nuo perusasiat saadaan parhaiten käyttöön. Congatecin koulutusohjelman suunnittelun päätavoitteena on nopeuttaa vaatimusten tiedonsiirtoa suunnitteluprojektien käynnistämiseksi reaalimaailmassa.

Huhtikuussa congatec aloitti kantakorttien suunnittelijoille tehokkaiden sulautettujen järjestelmien ja edge-laskennan suunnitteluun tarkoitetun koulutuksen, PCB-piirisuunnittelun perusteista tehonhallinnan sääntöihin, signaalitiheyden vaatimuksiin ja komponenttien valintaan.

Ne asiakkaat, jotka haluavat käyttää COM-HPC:tä mutta joilla ei ole resursseja integroida moduuleja itse, voivat käyttää congatecin tarjoamia suunnittelupalveluja. Viilennysratkaisuihin ja paljon järjestelmäintegrointia vaativiin sovelluksiin optimoituja kantakorttisuunnitteluja on myös tarjolla. Monipuolisella tuote- ja palvelutarjonnalla congatec jatkaa missiotaan sulautetun teknologian käytön helpottamiseksi.

Monipuolinen valikoima moduuleista, viilennysratkaisuista ja sovelluskohtaisista arviointi- ja kantakorteista suunnittelukoulutukseen ja suunnittelupalveluihin on pohjana congatecin laajalle tarjonnalle COM-HPC-ekosysteemissä, jossa uusien suunnittelujen ja suunnitteluinnovaatioiden siirtäminen COM Expressistä COM-HPC Miniin on toteutettavissa ilman suurempia haasteita.

congatec tarjoaa 13. sukupolven Intel Core -prosessoreja useina eri muunnoksina.