Designsprints von COM Express Compact zu COM-HPC

Die Verfügbarkeit der ersten COM-HPC-Mini-Module, die mit Intel Core-Prozessoren der 13. Generation (Codename Raptor Lake) bestückt sein werden, wird das COM-HPC-Ökosystem zur Entwicklung modularer High-End-Embedded- und Edge-Anwendungen der dritten Generation vervollständigen. Das Ökosystem reicht dann von High-End-Server-on-Modulen bis hin zu extrem kompakten Client-on-Modulen, die kaum größer als eine Kreditkarte sind. Selbst die platzbeschränkten COM-Express-Compact- und COM-Express-Mini-Lösungen können dann von einem enormen Performancezuwachs und einer erheblich größeren Anzahl neuer Hochgeschwindigkeitsschnittstellen profitieren. Schlussendlich können auch ganze Produktfamilien auf den neuen PICMG-Standard migriert werden – ohne dass das interne Systemdesign oder das Gehäuse grundlegen verändert werden müssen.

Warum die Migration stecken blieb

COM-HPC Size A ist mit 95 mm × 120 mm (11.400 mm²) immer noch fast 32 Prozent größer als der COM-Express-Compact-Formfaktor, der 95 mm × 95 mm (9025 mm²) misst. Das sind 25 mm in der Breite zu viel, um bestehende COM-Express-Compact-Designs auf COM-HPC zu migrieren. Da COM Express Compact jedoch der am weitesten verbreitete COM-Express-Formfaktor ist und nur High-End-Applikationen den noch größeren COM-Express-Basic-Formfaktor verwenden, sahen sich viele Entwickler mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert – allein schon mit Blick auf die Abmessungen des Systemdesigns. Doch kleinere Formfaktoren gehen immer. COM-HPC Mini mit seinen 95 mm × 70 mm eröffnet gerade für die vielen ultrakompakten COM-Express-Systemdesigns völlig neue Perspektiven.

Zwar hat COM-HPC nur 400 Pins – das sind 40 Pins weniger als COM Express Basic (440) – doch die meisten ultrakompakten Systemdesigns nutzen ohnehin nie das gesamte Schnittstellenpaket. Mit 16 PCIe- und 16 USB-Schnittstellen, drei oder sogar vier Display-Schnittstellen sowie vielen anderen der neuesten Peripherie-Schnittstellen, darunter 2 × MIPI CSI für Kameras, CAN und optional SerDes, bietet die COM-HPC-Mini-Spezifikation alles, was heute Stand der Technik ist. Sogar die Unterstützung funktionaler Sicherheit wurde als neues Feature hinzugefügt. Gleichzeitig hat die neue Spezifikation den alten Schnittstellen den Rücken gekehrt – ohne jedoch zu radikal zu werden, denn 2 × SATA ist nach wie vor eine Option.

Deutlich höherer Datendurchsatz für COM-HPC-Connector

Viele Entwickler neuer Applikationen werden auch die zusätzliche Design-Sicherheit zu schätzen wissen, denn der COM-HPC-Konnektor ist für einen deutlich höheren Datendurchsatz als COM Express spezifiziert. Zwar bietet die Ende 2022 eingeführte Spezifikation COM Express 3.1, die PCIe 4.0 mit bis zu 16 Gbit/s unterstützt, ebenfalls einen Upgrade-Pfad. Wie die kürzliche Einführung der 13. Generation der Intel Core Prozessoren gezeigt hat, beginnt sich die Lücke zu öffnen, da COM-HPC einfach mehr bietet. PCIe 5.0 wird von diesem Standard bereits unterstützt, was einen doppelten Datendurchsatz bedeutet.

Entwickler müssen dennoch nicht nervös werden, wenn sie mit den Einschränkungen von COM-Express leben können; COM-Express-Module wird es noch viele Jahre lang weiterhin geben. Wer jedoch seine Entwürfe an den neuesten Technologiestandards ausrichten möchte, kann bestehende kompakte Design nun mit deutlich geringerem Aufwand aufrüsten.

Der Leistungssprung zu COM-HPC ist für viele neue Anwendungen dabei unerlässlich, da die Anforderungen rasant steigen: KI-basierte Videoanalyse für Situational Awareness erfordert sehr hohe Bandbreiten bei steigenden Kameraauflösungen. Die Sprachsteuerung muss latenzfrei sein. Die KI muss immer größere Datenströme verarbeiten. Grafiken in Kombination mit Augmented Reality werden immer anspruchsvoller, während die parallele Datenverarbeitung in kollaborativen Industrie- 4.0-Prozessen bei steigendem Datendurchsatz minimale Latenzen für Echtzeit erfordert. Und nicht zuletzt erfordert auch die Cybersicherheit mehr Rechenleistung.

Darüber hinaus suchen Systementwickler nach Möglichkeiten, ihre Plattformen für die neuesten Konnektivitätstechnologien wie Thunderbolt 4 deutlich zu optimieren. Thunderbolt 4-Ports ermöglichen Stromversorgung und Aufladung von Akkus, bidirektionale Datenübertragung und Videoanzeige über ein einziges USB-C-Kabel. Dies erfordert jedoch eine Bandbreite von bis zu 40 Gbit/s, was mit COM Express nicht möglich ist – auch nicht in der 3.1-Spezifikation.

Intel-Core-Prozessoren der 13. Generation

Zahlreiche Faktoren sprechen also für den neuen COM-HPC-Standard. Die Einführung der 13. Generation der Intel-Core-Prozessoren wirkt dabei wie ein Beschleuniger, der die Einführung solcher neuen Systemplattformen vorantreiben wird. Man kann davon ausgehen, dass die Serienproduktion von OEM-Designs auf Basis dieser neuen COM-HPC-Mini-Modulen schnell ansteigen wird, da die neuen Prozessoren bei voller Hardware-Kompatibilität zu ihren Vorgängern enorme Verbesserungen in vielen Features mitbringen, was die Implementierung sehr schnell und einfach macht.

Die auf dem neuen COM-HPC-Standard basierenden Module eröffnen Entwicklern beispielsweise neue Horizonte in Bezug auf Datendurchsatz, I/O-Bandbreite und Leistungsdichte mit Thunderbolt und überlegener PCIe-Unterstützung bis Gen 5. Die COM-Express-3.1-kompatiblen Module hingegen sichern vor allem Investitionen in bestehende OEM-Designs mit Upgrade-Optionen für mehr Datendurchsatz dank PCIe Gen 4-Support. (neu)