Derzeit zeichnet sich ein Trend hin zur Einrichtung von Embedded-Rechenzentren in zahlreichen Industriebranchen ab. Es besteht in vielen Branchen eine sehr hohe Nachfrage nach Edge-Servern, Edge-Clouds und Fog-Servern. Die Prognosen für die jährliche Wachstumsrate im Bereich Edge-Computing für dich nächsten Jahre liegt zwischen 30 und 50 Prozent.

Bild 1: Features der EPYC-Embedded-3000-Serie. Die Embedded-Prozessoren sind mit bis zu 16 Cores verfügbar und erlauben bis zu 1 TByte RAM pro Socket.

Bild 1: Features der Epyc-Embedded-3000-Serie. Die Embedded-Prozessoren sind mit bis zu 16 Cores verfügbar und erlauben bis zu 1 TByte RAM pro Socket. AMD

Besonders hoch ist die Nachfrage nach Edge-Computing für Embedded- und Industrieanwendungen im Sektor für Fertigungsautomatisierung. Hier herrscht ein hoher Bedarf zur Synchronisierung verschiedener Maschinen in Echtzeit. Anwendungen in den Bereichen künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen – mit oder ohne angebundene Bildverarbeitungssysteme – erfordern ebenfalls massive Serverkapazitäten in unmittelbarer Nähe zur Datenquelle, um Latenzen zu minimieren. Der gleiche Bedarf ist im Bereich der kollaborativen und kooperativen Robotik auszumachen, sowie bei autonomen Logistikfahrzeugen, wo minimale Latenzen entscheidend für die Sicherheit sind.

Embedded-Edge-Server und robuste NAS/SAN-Geräte können zudem helfen, führende Big-Data- und In-Memory-Datenbankanwendungen zu beschleunigen, die riesige Speicherkapazitäten, hohen Durchsatz und E/A mit großer Bandbreite bereitstellen müssen, um große Mengen unstrukturierter Daten zu verwalten und zu analysieren, die von den vielen angebundenen industriellen Ethernets, Feldbussen und E/As eingehen.

Aufgrund der vermehrt verfügbaren, echtzeitfähigen Bandbreite über Ethernet wollen Maschinenanbieter ihre verschiedenen Steuerungs- und HMI-Plattformen sogar durch den Einsatz virtueller Maschinen (VMs) und Desktop-Infrastrukturen (VDIs) in einer einzelnen Fertigungszelle zusammenfassen, um die Kontrolle und den Schutz von geschäftskritischen Daten zu erhöhen und gleichzeitig eine verbesserte Zusammenarbeit bei Industrie-4.0-Anwendungen zu unterstützen. Eine noch bessere Benutzererfahrung lässt sich erreichen, wenn dies direkt an die Serverfunktionen in Kombination mit Grafikprozessor-Support für SR-IOV (Single-Root Input/Output Virtualization) für höchste Leistung gebunden wird. Anbieter von robusten Carrier-Grade-Netzwerkgeräten, die erdbebensichere Edge-Server-Geräte installieren müssen, haben ebenfalls ambitionierte Ziele für das Design modernster Network Function Visualization (NFV), Software Defined Networking (SDN) und vernetzter Speicherinfrastrukturen.

Servertechnologie mit Lanzeitverfügbarkeit

Bild 2: Die integrierte Infinity Fabric verbessert Hypertransport und skalierbare Verbindungen für die On-Die-, On-Package-Kommunikation.

Bild 2: Die integrierte Infinity Fabric verbessert Hypertransport und skalierbare Verbindungen für die On-Die-, On-Package-Kommunikation. AMD

Architekten von Systemen zur Datenverarbeitung an den verschiedenen Edges haben daher Bedarf an einer platzsparenden BGA-Plattform, die zuverlässig in rauen Umgebungen unter starken Erschütterungen, Vibrationen und extremen Temperaturen (0 bis 105 °C) betrieben werden kann und eine Langzeitverfügbarkeit von mindestens fünf bis sieben Jahren bietet, sodass Installationen und Support für den gesamten industriellen Lebenszyklus garantierbar sind. Für Anwender, die sogar einen noch längeren Lifecycle Support benötigen, lässt sich die geplante Produktverfügbarkeit auf bis zu zehn Jahre erhöhen.

Mit dem AMD-Epyc-3000-Embedded-Prozessor auf Zen-Core-Basis kann diese Nachfrage nun mit hoher Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Servicefreundlichkeit (Reliability, Availability, Serviceability – RAS) bedient werden. Die Plattformen – die als 35-Watt-Versionen ohne aktive Kühlung betreibbar sind und somit wartungsfreie Designs ermöglichen – bieten eine hohe Energieeffizienz sowie hohen Funktionsumfang für Multi-Thread-Anwendungen. Die integrierte Infinity Fabric bietet verbesserten Hypertransport, der nahtlose, skalierbare Verbindungen für die On-Die- und On-Package-Kommunikation ermöglicht. Hierdurch kann AMD Entwicklern ein hochgradig skalierbares Design auf einer pinkompatiblen BGA-Größe von 4 bis 16 Kernen anbieten (Bilder 1 und 2).

Dies hilft, ein einzelnes Design zur Erfüllung der Anforderungen einer großen Bandbreite verschiedener Lösungen mit individueller Performance, Leistungsfähigkeit und Preisanforderung einzusetzen. Eine Single-Socket-Lösung mit AMD-Epyc-Embedded-3000-Prozessoren in einer Two-Die-Konfiguration mit mehr als acht Kernen kann sogar Redundanz für eine hohe Verfügbarkeit sowie für Single-Failure-Tolerance-Voting-Systeme bieten. Für höchste Datenintegrität bietet die Plattform zudem fortschrittliche Funktionen zur Fehlererkennung, -korrektur, -behebung und -eingrenzung, die für die Hochgeschwindigkeitsanforderungen von Edge-Server-Geräten entscheidend sind.

Hochgeschwindigkeits-Konnektivität

Der EPYC-Embedded-3000-Prozessor ist die zentrale Root-of-Trust und setzt ein dreistufiges Verfahren für Edge-Server-Geräte ein.

Bild 3: Der Epyc-Embedded-3000-Prozessor ist die zentrale Root-of-Trust und setzt ein dreistufiges Verfahren für Edge-Server-Geräte ein. AMD

Embedded-Anwendungen profitieren ebenfalls von den flexiblen Hochgeschwindigkeits-Optionen, die von nur einer CPU mit achtfach nativ unterstützen 10-GbE-Kanälen und bis zu 64 PCIe-Gen 3-Lanes ermöglicht werden. In einem Systemdesign mit einem der Embedded-Prozessoren lassen sich bis zu vier voll ausgestattete PEG-Gen-3.0-Grafikarten auf einem einzigen SFF-Server einsetzen, der mittels 10-GigE-Vision für hochauflösende Echtzeitanwendungen für Situational Awareness mit acht Kameras verbunden ist. Die Prozessoren der Epyc-Embedded-3000-Serie bieten hohe Performance für viele HPC-Workloads, die auch aktuelle GPUs, wie etwa AMD-Radeon-Embedded-GPUs, für anspruchsvollste Anwendungen umfassen können. Da all dies von einem einzelnen Anbieter erhältlich und für die Zusammenarbeit optimiert ist, können Ingenieure ihre neuesten Anwendungen im Bereich künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen schneller und effizienter auf den Markt bringen.

Die Embedded-Prozessoren bieten bis zu vier Speicherkanäle pro CPU mit bis zu 1 TByte RAM pro Steckplatz. Sie unterstützen zudem hohe Speicherkapazitäten von bis zu 32 NVMe- oder SATA-Geräte sowohl in Single-Socket- als auch Dual-Socket-Ausführungen, was optimierte Software-Defined- und Direct-Attached-Storage-Lösungen ermöglicht.

Die verbesserte Gleitkommaleistung sowohl bei Single- als auch Dual-Die-Lösungen ist beispielsweise wesentlich für viele neu entstehende KI-Anwendungen. Zusätzlich fallen die Gesamtbetriebskosten niedriger aus – sowohl hinsichtlich der Hardwareinvestitionen als auch hinsichtlich der Software, da Betreiber von Single-Socket-Systemen mit doppelter Kernzahl üblicherweise für Lizenzen je Steckplatz zahlen müssen, wie es zum Beispiel bei VMware der Fall ist.

Hohes Sicherheitsniveau, umfassende Verschlüsselung

Die Epyc-Prozessoren bieten hochwertige Sicherheitsmerkmale, was ein entscheidender Faktor für Edge-Server-Geräte ist. Der Epyc-Embedded-3000-Prozessor ist die zentrale Root-of-Trust für diese Installationen und setzt ein dreistufiges Verfahren ein (siehe Kasten).

Eck-Daten

Der Epyc-Embedded-3000-Prozessor ist die zentrale Root-of-Trust für Edge-Server-Geräte und setzt ein dreistufiges Verfahren ein, das Folgendes umfasst:

  • Secure Boot, was auch Secure Encrypted Virtualization (SEV) sowie virtuelle Maschinen umfasst und den Einsatz von bösartigen Rootkits/Bootkits verhindert, um eine sichere Umgebung für das Laden des OS und des Host-OS zu bieten.
  • Secure Run, zum Schutz der Arbeitsdaten durch Verschlüsselung der Daten im Speicher per Secure Memory Encryption (SME), sowie Secure Virtualization Execution, die Hypervisor und Gast-OS sicher trennt, sodass keines der beiden Systeme Zugriff auf die Ressourcen des jeweils anderen hat.
  • Secure Move, das einen sicheren Kanal zwischen zwei SEV-fähigen Plattformen herstellt, sodass die VMs nicht nur innerhalb der Rechenzentren, sondern auch zu privaten und sogar öffentlichen Clouds migriert werden können, sofern der Provider ebenfalls über SEV-fähige Plattformen verfügt.

Für Data in Motion bietet die Epyc-Embedded-3000-Serie zudem nahtlosen Support für Sicherheitsprotokolle mit integrierter Crypto-Beschleunigung, welche die IPsec für ihre 10-GByte-Ethernet-Ports unterstützt. Das Ergebnis: Selbst der Server-Administrator hat keinen Zugang zu einer solchen verschlüsselten VM. Dies ist extrem wichtig für jeden Edge-Server-Dienst, da es sich hierbei um Sammelpunkte handelt, zum Beispiel bei industriellen Automatisierungsanwendungen oder verschiedenen konkurrierenden, herstellerneutralen Anwendungen.

Mit einer solchen sicheren Mandantenfähigkeit pro CPU/SoC können selbst die am schärfsten konkurrierenden Automatisierungsunternehmen ihre Industrie-4.0-Lösungen nun für minimale Latenz bei taktilen IoT-Anwendungen in einem einzelnen Edge-Gerät bei den lokalen Edge-Servern des Endanwenders umsetzen. Und mit der verschlüsselten AMD-V-Hardwarevisualisierung lässt sich ein grafikzentriertes, nicht-deterministisches Betriebssystem neben einem deterministischen, harten Echtzeit-Betriebssystem ausführen. Die Verschlüsselung erfolgt durch den AMD-Secure-Prozessor, der One-Time-Programmable-Funktionen (OTP) bietet, mittels der Programmierer ihre Systeme individuell konfigurieren können (Bild 3).

Für Systementwickler ist die Tatsache attraktiv, dass Epyc-VMs softwarekompatibel zum Intel XEON sind, sodass Techniker entweder Live- oder Cold-Migrationen durchführen und ihre Arbeitslasten nach Präferenz mit älteren Geräte ausbalancieren können, die standardmäßige VMware-, Microsoft- Hyper-V-, und Linux-KVM-Umgebungen nutzen.

Fernverwaltung als Muss für Edge-Anwendungen

Erstmals sind alle diese auch für niedrige Leistungsniveaus von nur 35 Watt mit einem umfassenden Ökosystem für die Fernverwaltung von verteilten Servern verfügbar. Dies hilft, Management- und Wartungskosten sowie den Stromverbrauch mittels Service-Benachrichtigungen, Ferndiagnostik und ferngesteuerter Ein- und Abschaltvorgänge zu verringern. Verbesserte Funktionen zur Servicefreundlichkeit helfen bei der Vorausplanung von Wartungen, wodurch die Fehlerbehebung beschleunigt und Ausfallzeiten reduziert werden.

RAS-Funktionen umfassen Machine Check Recovery bei unkorrigierbaren Fehlern und Watchdog-Timer zur Maximierung der Verfügbarkeit selbst nach schweren Softwarefehlern sowie APML (Advanced Platform Management Link) SB-RMI und APML Machine Check Architecture Extensions (MCAX) zur Meldung von Fehlern an das OS, DDR4 Post Package Repair beim Booten zur Vermeidung, Erkennung und Reparatur von Fehlern in DDR-DRAM-Schnittstellen plus Cache- (L2, L3) und DRAM-Scrubbing zur Korrektur von Einzelbitfehlern im Speicher.

Embedded Boards und das Systemanbieter-Ökosystem

Bild 4: Mit der Einführung der EPYC-Prozessoren bieten 15 Systemanbieter bis zu 50 Systemkonfigurationen an, meist Edge-Server in Rechenzentren.

Bild 4: Mit der Einführung der Epyc-Prozessoren bieten 15 Systemanbieter bis zu 50 Systemkonfigurationen an, meist Edge-Server in Rechenzentren. AMD

Mit der Einführung des Epyc-Prozessors (Bild 4) hat AMD 15 Systemanbieter versammelt, die bis zu 50 Systemkonfigurationen anbieten, wobei sich die Mehrheit von ihnen auf kommerzielle Edge-Server in gut gekühlten Rechenzentren konzentriert. Sie stellten zudem Standard-ATX-Motherboards und servertaugliche COMs zur Verfügung. Anbieter von Embedded Boards, industriellen Boards sowie System-Level-Plattformen stehen aktuell kurz vor der Einführung neuer Produkte für Märkte, die Stoß- und Vibrationsfestigkeit sowie optional erweiterte Temperaturbereiche erfordern.

Auf Board-Ebene wird erwartet, dass diese als mit 19-Zoll- und ATC-Ökosystemen kompatible Designs sowie als neue Generation von COMs für maßgeschneiderte Edge-Server-Geräte erhältlich sein werden. Auf Systemebene reichen die Designs von kleinen Gehäusen und Hutschienensystemen für Industrieschaltschränke bis hin zu Blade-Systemdesigns, je nach Anforderungen der Anwendung. Insbesondere bei SSF-Serversystemen handelt es sich oft um vollständig individuelle Designs.

 

Der Beitrag beruht auf Material von AMD.