Eckdaten

Die Type-7-COM-Express-Modulfamilien MSC C7B-DV und MSC C7B-DV L ermöglichen die schnelle und einfache Realisierung von modernen Storage- und Netzwerkanwendungen. Die Baugruppen sind sieben beziehungsweise fünfzehn Jahre (Long Term Supply) ab Produkteinführung des Prozessors lieferbar.

In den letzten Jahren haben sich standardisierte Computer-On-Module (COMs) in praktisch allen Märkten durchgesetzt. Die treibenden Kräfte sind neue Anwendungen in den Bereichen Industrial IoT, Automatisierung, Transportation, Energietechnik, Gebäudeautomatisierung, Telekommunikation und Medizin. Auch leistungsfähige Storage- und Netzwerkanwendungen werden immer mehr mit sofort einsetzbaren Hardware-Lösungen unterschiedlicher Leistungsdaten realisiert.

Bild 1: Signalvergleich COM Express Type 7, Type 6 und Type 10.

Bild 1: Signalvergleich COM Express Type 7, Type 6 und Type 10. Avnet Integrated

Bild 2: Die COM-Express-Type-7-Modulfamilie MSC C7B-DV bietet vier 10-Gb-Ethernet-Schnittstellen und bis zu 22 PCIe Lanes.

Bild 2: Die COM-Express-Type-7-Modulfamilie MSC C7B-DV bietet vier 10-Gb-Ethernet-Schnittstellen und bis zu 22 PCIe Lanes. Avnet Integrated

Bild 3: Die COM-Express-Type-7-Modulfamilie MSC C7B-DVL verfügt über bis zu 14 PCI Express (PCIe) Lanes.

Bild 3: Die COM-Express-Type-7-Modulfamilie MSC C7B-DVL verfügt über bis zu 14 PCI Express (PCIe) Lanes. Avnet Integrated

Die Beispiele für den Einsatz von leistungsfähigen Server-Modulen sind vielfältig. Dank ihrer sehr guten Netzwerkfähigkeiten sind sie in der Lage, schnelle Ethernet Switches in Datenzentren und Gebäudeinstallationen zu managen. Dank der auf dem Board integrierten Security Engine können Security-Protokolle schnell verarbeitet und komplexe Verschlüsselungsalgorithmen ausgeführt werden. Eine weitere Anwendung ist die Bündelung und Vorverarbeitung von großen Datenmengen, zum Beispiel von Kameras einer Verkehrsüberwachung. Die Kamera-Interfaces werden über PCI Express angebunden. Auch in automatischen Testanlagen, zum Beispiel für Fahrerassistenzsysteme in der Automobilindustrie, kommen Server-Module zum Einsatz. Hier fallen in kurzer Zeit große Datenmengen an, die über die leistungsfähigen Schnittstellen eingelesen und vorverarbeitet werden. Ein breites Anwendungsfeld bieten auch bildgebende und datenverarbeitende Geräte in der Medizintechnik.

„Ready-to-use“ Embedded-Module

Die „Ready-to-use“ Embedded-Module bieten eine aktuelle PC-Funktionalität mit skalierbaren Leistungsdaten und unterschiedlichen Schnittstellen. Über einen gängigen Standardstecker wird das Modul einfach auf ein Carrier-Board gesteckt, auf dem alle anwendungsspezifischen Funktionen realisiert sind. Mit diesen Eigenschaften lassen sich die Entwicklungszeiten und Design-Kosten von modernen Embedded-Systemen deutlich optimieren. Die leistungsfähigen COMs laufen zuverlässig im 24/7-Betrieb und verfügen bereits standardmäßig über ausgefeilte Hardware- und Software-Sicherheitsfunktionen. Bei einem gewünschten Update beziehungsweise Upgrade des Systems, zum Beispiel bei einer neuen Prozessorgeneration, lässt sich das Modul einfach austauschen. Darüber hinaus sind die eingesetzten Komponenten bis zu fünfzehn Jahre, gezählt ab der Markteinführung des Prozessors, lieferbar.

In Zukunft eröffnet sich für skalierbare Embedded-Module, die speziell für Server-Anforderungen ausgelegt sind, ein weiterer, riesengroßer Markt mit vielversprechenden Anwendungen. Um der wachsenden Nachfrage an Netzwerkfähigkeiten bei gleichzeitig hoher Computing-Performance Rechnung zu tragen, hat das PICMG-Konsortium (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) in der COM.0-Revision 3.0 der COM-Express-Spezifikation den Type-7-Standard definiert. Type-7-Boards werden im Basic-Format mit einer Abmessung von 95 mm × 125 mm angeboten.  Die Stecker sind für maximal 137 W ausgelegt. In einer typischen Umgebung sollten die Module jedoch nicht mehr als 60 bis 70 W Verlustleistung aufnehmen. Type 7 unterscheidet sich von den etablierten Type 6 und Type 10 Pinouts vor allem durch seine Schnittstellen, die für Server-Systeme optimiert sind (Bild 1).

Hohe Rechenleistung, schneller Datentransfer, geringe Verlustleistung

COM Express Type 7 unterstützt Schnittstellen für Server-Anwendungen, die sich durch eine hohe Rechenleistung, schnellen Datentransfer und geringe Verlustleistung auszeichnen. Dazu zählen bis zu vier 10-Gb-Ethernet-Ports zur komfortablen Vernetzung von Servern und bis zu 32 PCI Express Lanes zur schnellen Anbindung von Speichern und der Erweiterung zusätzlicher Schnittstellen. Da die bekannten COM-Express-Stecker mit 440 Pins bestehen bleiben, entfallen dafür Grafik-  und Audioschnittstellen, USB 2.0 Ports, Sata-2.0-Anschlüsse, HD Audio und alle Display-Interfaces.

Für die nächste Generation von Fog/Edge-Computing-Servern unterstützt COM Express Type 7 neben einer bereits vorhandenen 1-Gb-Schnittstelle bis zu vier 10 GbE Interfaces. Diese basieren auf 10GBase-KR und unterstützen eine maximale Datenrate von je 10 Gb/s. 10GBase-KR läuft über nur eine Lane und verwendet die in IEEE 802.3 Paragraf 49 definierte Physical-Layer-Codierung. Die physische Implementierung der 10-GbE-Schnittstellen erfolgt nicht auf dem Modul, sondern auf dem Carrier-Board. Bei der Implementierung auf dem Carrier-Board wird flexibel festgelegt, ob die Signalübertragung über Glasfaser oder Kupferkabel erfolgt. Die Implementierung kann auch mithilfe austauschbarer Small-Form-Factor-Pluggable-Module („SFP+“-Module) oder RJ45-Anschlüsse erfolgen.

Per Spezifikation definierter Pin

Die Spezifikation sieht einen per Software definierten Pin für jede der vier 10-GbE-Schnittstellen vor. Der Pin kann als Eingang oder Ausgang definiert werden und wird vom Ethernet-Controller gesteuert. Dieses Feature erleichtert die Implementierung eines hardwarebasierenden Precision Timing Protocols in leistungsfähigen Echtzeitanwendungen.

Moderne Server-Anwendungen benötigen typischerweise mächtige und schnelle SSD-Speicher. Um diese Anforderung zu erfüllen, sieht COM Express Type 7 eine hohe Anzahl an PCI Express (PCIe) Lanes vor. Dazu wurden zwei Sata-3-Schnittstellen des Type-6-Standards durch PCIe Interfaces für Massenspeicher ersetzt. PCIe 3.0 × 2 bietet 16 Gb/s und PCIe 3.0 × 4 32 Gb/s in jede Richtung.

In der Server-Welt kommen häufig Baseboard-Management-Controller (BMC) zum Einsatz, die die Verwaltung durch Fernzugriff per Out-of-Band (OOB) vereinfachen und die Sicherheit des Embedded-Server-Systems erhöhen. Protokoll und Schnittstelle sind durch das Network Controller Sideband Interface (NC-SI) definiert und für COM-Express-Type-7-Module spezifiziert.

Der NC-SI-Standard wurde von der Distributed Management Task Force (DMTF) festgelegt und verbindet den Netzwerk-Controller mit dem OOB-Management-Controller, der optional auf dem Carrier-Board implementiert werden kann.

Als Hersteller von Computer-on-Modulen bietet Avnet Integrated zwei leistungsfähige Modulfamilien an, die dem Type-7-COM-Express-Standard der PICMG entsprechen (Bilder 2 und 3). Wie alle Embedded-Module werden auch diese Produkte in den MSC-eigenen Design-Centern entwickelt und in modernen Fertigungsstätten hierzulande in großen Stückzahlen gefertigt.

Typische Anwendungen sind das Thema der nächsten Seite

Seite 1 von 212