COM Express Type 6 i COM-HPC Client z nową generacją wbudowanych procesorów

Rozważania i obawy wokół wysokiej klasy wbudowanych projektów

Do chwili obecnej COM Express zmonopolizował wysokiej klasy obszar wbudowanych systemów komputerowych dla konstrukcji opartych na modułach Computer-on-Module. Jednak wraz z pojawieniem się COM-HPC klienci zaczęli zadawać wiele pytań dotyczących zbliżających się wysokiej klasy wbudowanych projektów. Na początek, ich pierwszym oczywistym dylematem jest zrozumienie, którego procesora należy użyć. Niemniej jednak, od dziś problem ten jest łatwy do rozwiązania, jak na razie 11. generacja procesorów Intel® Core® (kryptonim Tiger Lake) jest dostępna w modułach COM-HPC® Client i COM Express® Type 6.

Porównanie i kontrastowanie COM Express Basic i COM-HPC Size A

Podobnie jak COM Express, współczynnik kształtu COM-HPC Client jest standardem Computer-on-Module grupy standaryzacyjnej PICMG. Wytyczne definiują dodatkowo określone moduły COM-HPC Server; nie będą one jednak omówione w tym artykule, ponieważ są one bezgłowe (skonfigurowane do pracy bez monitora, myszy i klawiatury) i dotyczą serwera. Z kolei moduły COM-HPC Client, takie jak moduły COM Express Type 6, obsługują grafikę.

Moduły COM-HPC Client dostępne są w trzech rozmiarach: 120 mm x 160 mm (rozmiar C), 120 mm x 120 mm (rozmiar B) i 120 mm x 95 mm (rozmiar A). Dlatego też rozmiar A COM-HPC jest praktycznie taki sam jak COM Express Basic z jego wymiarami 125 mm x 95 mm. Zatem modernizacja z COM Express Basic do rozmiaru A COM-HPC pod względem wielkości jest łatwym zadaniem, ponieważ ten pierwszy jest tylko o 4% większy od najnowszego modułu. Większe moduły COM-HPC Client w rozmiarze B i C pokrywają jednak jeszcze wyższą klasę wydajności niż moduły COM Express Type 6 i zaspokajają potrzeby wysokowydajnych aplikacji, które nie są kompatybilne z COM Express. Warto jednak wspomnieć, że w przypadku rozmiaru COM Express Compact nie ma opcji COM-HPC Client. Jest to zatem wyraźny dowód na to, że te dwa współczynniki mają za zadanie wzajemnie się uzupełniać.

 

Co odróżnia COM-HPC Client od COM Express typ 6: liczba i przepustowość PCIe, liczba interfejsów Ethernet i portów USB. Kolejną cechą wyróżniającą jest to, że tylko COM-HPC Client jest uzupełniony o dalsze wsparcie zdalnego zarządzania.

Wyższa projektowa moc cieplna COM-HPC

Oprócz większych rozmiarów, moduły COM-HPC mogą obsługiwać większe budżety mocy niż COM Express. Biorąc pod uwagę, że projektowa moc cieplna (TDP) modułów COM-HPC może osiągać do 200 W, ich obwiednia mocy jest prawie dwukrotnie wyższa niż COM Express Type 6, która nie może przekraczać 137 W TDP.

Zwiększona liczba pinów sygnałowych i przepustowość COM-HPC

COM Express Basic Type 6 i COM-HPC Client w rozmiarze A różnią się również pod względem złącza i liczby pinów sygnałowych zabezpieczających moduł na płycie bazowej. Podczas gdy zarówno COM Express, jak i COM-HPC mają dwa złącza, każde złącze COM-HPC ma 400 pinów, podczas gdy każde złącze COM Express ma tylko 220 pinów. Ten ogromny dodatek w przypadku COM-HPC daje w sumie 800 pinów sygnałowych, które płynnie ułatwiają podłączenie prawie 80% więcej interfejsów.

Co więcej, ponieważ złącze COM-HPC zostało zaprojektowane z myślą o szybkich interfejsach, dobrze sprawdza się przy wysokich prędkościach taktowania PCIe 5.0 i 25 Gb/s w sieci Ethernet. Z drugiej strony, ponieważ złącze to jest głównym ograniczeniem dla COM Express, jest ono odpowiednie dla interfejsów do PCIe Gen 3.0 i PCIe 4.0 w trybie zgodności.

Wsparcie graficzne i audio w ramach COM-HPC Client i COM Express Type 6

Ponieważ COM-HPC Client i COM Express Type 6 mogą obsługiwać do czterech wyświetlaczy dzięki trzem cyfrowym interfejsom wyświetlania (DDI) i jednemu wbudowanemu złączu DisplayPort (eDP), obsługa grafiki oferowana przez współczynnik kształtu klienta jest równorzędna z tą oferowaną przez typ 6.

Wcześniejsze moduły COM Express były w pełni wyposażone w interfejs HDA, jednak w przypadku interfejsów multimedialnych, COM-HPC jest w stanie zastąpić ten dotychczasowy interfejs SoundWire: nowy standard MIPI. Może on obsługiwać do czterech kodeków audio równolegle, przy czym każdy z nich ma swój własny unikalny identyfikator.

Zgodność z PCIe 4 generacji i GbE powyżej przepustowości 1 Gigabita

Klient COM-HPC ma prawie dwa razy więcej linii PCle niż COM Express Type 6: podczas gdy ten drugi obsługuje do 24 linii PCIe, ten pierwszy jest w stanie obsłużyć 49 linii PCle. Należy zauważyć, że jedna linia PCIe COM-HPC Client jest przeznaczona wyłącznie do komunikacji z Kontrolerem Zarządu Płyty (BMC) bazowej.

Standard COM-HPC Client obsługuje dodatkowo dwa interfejsy 25 GbE KR i do dwóch interfejsów 10 GbE BaseT w sieci Ethernet. Z drugiej strony, COM Express Type 6 może obsługiwać maksymalnie 1x1 GbE poza modułem, choć więcej interfejsów sieciowych może być podłączonych poprzez PCIe i sterowanych z płyty bazowej. W związku z tym twórcy COM Express muszą zainwestować w komponenty wymagane dla płyty bazowej, aby dostosować wydajność GbE modułów COM-HPC.

Duża przepustowość USB i obsługa interfejsu MIPI-CSI w COM-HPC Client i COM Express Type 6

Standard COM-HPC jest specjalnie zaprojektowany do obsługi szybkich interfejsów. W związku z tym moduły COM-HPC Client mogą obsługiwać do 4 złączy USB 4.0 i 4 złączy USB 2.0. Moduły COM Express Type 6 mogą jednak obsługiwać do 4 złączy USB 3.2 i 8 złączy USB 2.0. Niezależnie od tego, że COM-HPC posiada o cztery porty USB 2.0 mniej niż moduły COM Express Type 6, klient nadal jest w stanie zaoferować większą przepustowość, ponieważ prędkość transferu USB 4.0 wynosi 40 Gb/s.

Ponadto, COM-HPC może natywnie integrować do dwóch interfejsów MIPI-CSI. Te dwa interfejsy są jednocześnie ekonomiczne i kompatybilne z kamerami, które są niezbędne do uruchomienia wielu aplikacji i ułatwienia wizualizacji 3D. COM-HPC dodatkowo umożliwia podłączenie 2 interfejsów SATA do tradycyjnych dysków SSD i HDD, a także interfejsów przemysłowych takich jak 2 złącza UART i 12 złączy GPIO. Niniejszy zestaw funkcji uzupełniają na koniec 2 złącza I2C, SPI i eSPI. Mimo to, te funkcje COM-HPC Client są porównywalne z COM Express Typ 6, podczas gdy obsługa magistrali CAN jest możliwa tylko z modułami typu 6.

 

Ponieważ COM-Express jest tylko nieznacznie mniejszy od COM-HPC Client w rozmiarze A, użytkownicy mogą łatwo aktualizować oprogramowanie z pierwszego do drugiego.

Aktualizacja do poziomu COM-HPC Client: pilna czy niepotrzebna?

 

Moduł conga-HPC/cTLU COM-HPC w rozmiarze A wymaga nowo zaprojektowanej płyty bazowej. Płyta ewaluacyjna COM-HPC będzie prawdopodobnie gotowa do sprzedaży i dystrybucji w najbliższej przyszłości.

Po skrupulatnym porównaniu i zestawieniu COM-HPC Client i COM Express Type 6, staje się jasne, że COM Express będzie idealną platformą dla większości projektów przez minimum kolejne 3-5 lat. Dzieje się tak głównie dlatego, że COM-HPC Client nie wprowadza zupełnie nowej magistrali systemowej. Podczas gdy wcześniejsze zmiany obejmowały przejście z ISA na PCI oraz z PCI na PCI Express, w przypadku COM-HPC, określenie nowego punktu końcowego było kluczowe tylko ze względu na zwiększone pasmo i częstotliwości. Innym ważnym szczegółem, o którym należy pamiętać jest fakt, że dopiero w 2012 roku COM Express ostatecznie zastąpił ETX, zostając najlepiej sprzedającym się standardem modułu. Doszło do tego niespełna 11 lat po uruchomieniu ETX i 7 lat po uruchomieniu COM Express; mimo to, moduły ETX nadal nie zdezaktualizowały się! Wreszcie, generacje PCIe są kompatybilne wstecznie i pozwalają konstrukcjom PCIe Gen 3.0 mieć długotrwałą żywotność - długo po skonfigurowaniu PCIe Gen 4.0 na wszystkich poziomach procesorów. W związku z tym, jeśli przepustowość i specyfikacje interfejsów danej konstrukcji spełniają standardowe wymagania, absolutnie nie jest konieczna modernizacja do modułu COM-HPC Client.

Użytkownicy COM-HPC

 

Moduł conga-TC570 COM Express Compact, wraz z wbudowanym procesorem Intel Tiger Lake UP3, jest uznany za produkt "pod klucz", ponieważ może być bezpośrednio umieszczony (plug & play) na obecnych płytach bazowych COM Express, które obsługują zarówno COM Express Basic, jak i Compact.

Z drugiej strony, użytkownicy, którzy bezwzględnie muszą zdecydować się na COM-HPC, to ci, którzy potrzebowaliby pewnych specyficznych interfejsów obsługiwanych przez moduły. Interfejsy te to obecnie: pełna przepustowość złącza USB 4.0, 2,5 GbE, SoundWire i/lub MIPI-CSI. W rzeczywistości każdy, kto szuka bardziej wydajnych interfejsów PCIe lub Ethernet o przepustowości do 25 GbE, musi również poważnie zastanowić się nad COM-HPC. Ponadto, twórcy systemów o wysokiej wydajności powinni pamiętać, że znacznie prościej jest ograniczyć konstrukcję w ramach wybranego standardu niż czekać na wzrost wydajności innego standardu, który przede wszystkim może nawet nigdy nie nastąpić. O ile stanowi to uzasadnienie dla wszystkich innowacji - w tym również COM-HPC - zrównoważone jest to przez równie skuteczne motto "Nigdy nie zmieniaj działającego systemu".

Więcej informacji: https://www.congatec.com/en/technologies/intel-tiger-lake-modules/.