Serverkonsolidierung am industrielen 5G-Edge: Bis zu 20 Kerne können eine Vielzahl von Echtzeitanwendungen hosten.

Serverkonsolidierung am industrielen 5G-Edge: Bis zu 20 Kerne können eine Vielzahl von Echtzeitanwendungen hosten. (Bild: Congatec)

Die digitale Transformation erfordert den Edge-Serverbetrieb in wachsendem Maße auch bei rauen Umgebungsbedingungen wie beispielsweise unmittelbar in der Produktion, als Outdoor-Installationen für Kommunikationsnetze, Videoüberwachung und andere kritische Infrastrukturen oder in mobilen Systemen wie Zügen, Flugzeugen sowie autonom fahrenden Fahrzeugen in Smart Cities. Solche Anwendungen brauchen Embedded-Systemdesigns, die in Temperaturbereichen von ‑40 bis 85 °C betrieben werden können und denen auch größere Temperaturschwankungen innerhalb kurzer Zeit nichts anhaben. Die neuen Intel Xeon D Prozessoren ermöglichen nun eine sehr leistungsfähige Servertechnologie, die in diesem Temperaturbereich eingesetzt werden kann – auch und gerade wenn keine klimatisierten Edge-Datacenter zur Verfügung stehen, um latenzfreie Datenverarbeitung zu realisieren.

Hersteller wie Congatec bieten mit der Integration der Intel-Xeon-D-Prozessoren auf COM-HPC Server-on-Modules auch Edge-Serverinstallationen ohne klimatisierte Datacenter in rauen Umgebungen mit großen Temperaturschwankungen – also unmittelbar dort, wo sie für sehr hohen Datendurchsatz in Echtzeit benötigt werden. Das spart Kosten und eröffnet ganz neue Einsatzmöglichkeiten.

Servertechnologie mit Intel-Xeon-D-Prozessoren

Für den herkömmlichen Edge-Serverbetrieb im Datacenter empfiehlt die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) maximale Temperaturwechsel von 20 °C innerhalb einer Stunde und maximal 5 °C in 15 Minuten. Das erfordert Investitionen in entsprechende Klimatisierungstechnik und Isolierungen und bedeutet hohe Betriebskosten durch den Sekundärenergieverbrauch. Hier lassen sich erhebliche Kosten sparen, wenn auf die sehr robust ausgelegte Servertechnologie gesetzt wird, die nun mit den neuen Intel-Xeon-D-Prozessoren verfügbar geworden ist. Sie kann selbst unter extremen Temperaturen ohne zusätzliche Klimatisierung zuverlässig arbeiten.

Für Rugged-Edge-Server ist zudem ein Systemdesign gefordert, bei dem jedes einzelne Bauteil durch entsprechende Härtung und Qualifizierung für den Betrieb im rauen Umfeld ausgelegt ist. Dies erfordert spezielles Know-how und stellt besondere Anforderungen an die Leiterplattenauslegung und -bestückung, den Einsatz entsprechender Coatings zum Schutz vor Schwitzwasser und weiteren Umwelteinflüssen sowie die Abschirmung von fremdelektromagnetischen und hochfrequenten Signalen, die die Geräteleistung stören könnten. Spezialisten für Embedded-Computing-Technologien wie Congatec haben nun die Intel-Xeon-D-Prozessortechnologie auf industrietauglichen COM-HPC Server-on-Modules verfügbar gemacht.

Die neuen Server-on-Modules sind in den Größen COM-HPC Server Size E und Size D mit BGA-bestückten Intel-Xeon-D-Prozessoren verfügbar. Sie unterstützen den Betrieb im erweiterten Temperaturbereich von ‑40 bis 85 °C und können mit leistungsstarken, zumeist lüfterlosen Kühlungslösungen ausgestattet werden, die von einer aktiven Lösung mit Heatpipe-Adapter bis zu vollständig passiven Kühllösungen reichen und mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und Stöße bieten sowie den Thermalstress für Applikationen verringern, die mit kurzfristig hohen Temperatursprüngen zu kämpfen haben. Damit entfällt eine zusätzliche externe Klimatisierung im Betrieb robuster Edge-Server wie sie bislang über das klassische Rack-Thermalmanagement und in klimatisierten Rechenzentren Standard ist.

Edge-Server-Workloads in Echtzeit

Kühllösungen für raues Umfeld erfüllen gleichzeitig auch den Schutz vor hohem Thermalstress.
Kühllösungen für ein raues Umfeld erfüllen gleichzeitig auch den Schutz vor hohem Thermalstress. (Bild: Congatec)

Zudem beschleunigen die COM-HPC-Server-on-Modules die Echtzeit-Mikroserver-Workloads deutlich gegenüber bislang verfügbaren Lösungsoptionen für raues Umfeld. Für die nötige Leistung sorgen die bis zu 20 Kerne, der Arbeitsspeicher mit bis zu 1 TB auf bis zu acht DRAM-Sockeln bei 2933 MT/s, bis zu 47 PCIe Lanes vom Modul insgesamt und 32 PCIe Gen 4 Lanes mit doppeltem Durchsatz pro Lane sowie bis zu 100 GbE-Konnektivität und TCC/TSN-Unterstützung mit optimiertem Stromverbrauch aufgrund des 10-nm-Herstellungsprozesses. KI-basierte Datenanalysen, beispielsweise mit Video-Storage- und -Analytik-Servern, werden durch den integrierten Intel AVX-512, VNNI und OpenVINO-Support unterstützt.

Für den voneinander unabhängigen Betrieb unterschiedlicher Echtzeit-Applikationen auf nur einem Edge-Server werden Server-Balancing- und Server-Consolidation-Services benötigt und damit die plattformseitige Unterstützung echtzeitfähiger virtueller Maschinen, wie es zum Beispiel der RTS-Hypervisor von Real-Time Systems ermöglicht. Mit der Virtualisierung können Unternehmen am Edge Ihrer privaten 5G-Netze heterogene Echtzeitapplikationen auf einer Serverpattform hosten und Systemressourcen dedizierten Tasks und Prozessen zuweisen. Server-on-Modules von Congatec sind dafür vorbereitet und können – beispielsweise für Multivendor-Installationen in Industrie 4.0 Fabriken – mit den erforderlichen Parametrierungen für Echtzeit-Kollokationsdienste versehen werden, sodass Fabrikbetreiber ihre echtzeitfähigen 5G-Edgedatenserver effizienter für die unterschiedlichen Dienste ihrer Lieferanten bereitstellen können.

Erhältliche Server-on-Modules für Intel Xeon D

Diese Module sind in applikationsfertigen Bemusterungslosen verfügbar.
Diese Module sind in applikationsfertigen Bemusterungslosen verfügbar. (Bild: Congatec)

Folgende Module sind ab sofort in applikationsfertigen Bemusterungslosen verfügbar – inklusive der zur TDP des Prozessors passenden robusten Kühllösungen. Softwareseitig werden die neuen Module mit Board-Support-Paketen für Windows, Linux und VxWorks und RTS-Hypervisor ausgeliefert. Sie sind in High-Core-Count (HCC)- und Low-Core-Count (LCC)-Varianten der Intel-Xeon-D-Prozessorserie erhältlich.

HCC-Varianten:

Die COM-HPC Server Size E Module (conga-HPC/sILH) werden mit fünf verschiedenen Intel-Xeon-D 27xx HCC-Prozessoren mit wahlweise vier bis 20 Kernen, 8 DIMM-Sockeln für bis zu 1 TByte 2933 MT/s schnellem DDR4-Speicher mit ECC, 32x PCIe Gen 4 und 16x PCIe Gen 3 sowie 100 GbE-Durchsatz plus echtzeitfähigem 2,5 Gbit/s Ethernet mit TSN- und TCC-Unterstützung bei einer Prozessorgrundleistung von 65 bis 118 W ausgestattet sein.

LCC-Varianten:

Die COM-HPC Server Size D Module sowie auch Module nach dem etablierten COM Express Type 7 Standard werden mit fünf verschiedenen Intel Xeon D 17xx LCC Prozessoren mit wahlweise 4 bis 10 Kernen ausgeliefert. Während das conga-B7Xl COM Express Server-on-Module bis zu 128 GB DDR4 2666 MT/s RAM über bis zu 3 SODIMM-Sockel unterstützt, bietet das conga-HPC/SILL COM-HPC Server Size D Modul 4 DIMM-Sockel für bis zu 256 GB 2933 MT/s schnellen DDR4 RAM beziehungsweise 128 GB bei ECC UDIMM RAM. Beide Modulfamilien bieten 16x PCIe Gen 4 und 16x PCIe Gen 3 Lanes. Für schnelle Netzwerke bieten sie bis zu 50 GbE-Durchsatz und TSN-TCC-Unterstützung über 2,5 Gbit/s Ethernet bei einer Prozessorleistung von 40 bis 67 W.

Neue Dimensionen im Edge Computing

Die neuen COM-HPC Server-on-Modules ermöglichen neue Einsatzumgebungen, bieten verbesserte Leistung und deterministische Echtzeit. Neben dem Einsatz der Intel Xeon D Server-on-Modules in Standard-Industrieumgebungen, können sie durch den erweiterten Temperaturbereich und die obsolet gewordene zusätzliche Klimatisierung jetzt auch im Outdoor-Umfeld und für mobile Anwendungen in Fahrzeugen genutzt werden. Die COM-HPC-Server-on-Modules mehr Leistung als bislang verfügbar war durch eine höhere Speicherbandbreite mit bis zu 20 verfügbaren Kernen und bis zu 8 DRAM-Sockeln. Darüber hinaus realisieren diese Servermodule Echtzeitfähigkeiten, sowohl mithilfe der Prozessorkerne als auch auf das TCC/TSN-fähige Echtzeit-Ethernet und damit auch über 5G-Netze, was ein entscheidender Faktor für die Digitalisierung in IIoT- und Industrie 4.0 Projekten ist.

Für unternehmenskritische Designs stehen Hardware-Sicherheitsfunktionen wie Intel Boot Guard, Intel Total Memory Encryption - Multi-Tenant (Intel TME-MT) und Intel Software Guard Extensions (Intel SGX) zur Verfügung. Für Remote-Application-Server-(RAS)-Funktionalitäten integrieren die Prozessormodule die Intel ME Manageability Engine und unterstützen Remote-Hardware-Management-Funktionen wie IPMI und Redfish, für die es auch eine PICMG-Spezifikation gibt, die die Interoperabilität solcher Implementierungen sicherstellt und die Bestandteil des Schulungsportfolios der Congatec Academy ist. Individuelle Systementwicklungen und anwendungsspezifische Implementierungen unterstützt das Unternehmen mit Services. Dazu gehören Schulungen zu COM-HPC-Designs, Integrationssupport und Compliance-Tests anwendungsspezifischer Carrierboard-Designs. (neu)

 

Autor

Autor Andreas Bergbauer

Andreas Bergbauer ist Product Line Manager COM-HPC bei Congatec.

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Congatec AG

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