Type 7 模組解決物聯網邊緣節點處理矩陣的複雜問題

August 7, 2017 Patrick Mannion

COM Express 3.0 規格新訂定的 Type 7 腳位替無頭伺服器設計開發人員提供了一個重要選擇。 此次變更包括將腳位中的顯示及音訊介面移除,改為四組 10GbE 連接埠,使 Type 7 非常適合用於模組伺服器 (SoM) 設計。

目前模組廠商已開始為此腳位提供多達 16 核心的伺服器級模組產品。 這些模組正補足霧運算架構因越來越將處理作業卸載至邊緣而造成的不足。 由於能夠在小外型規格的模組中塞入較高運算能力,因此這些 Type 7 板卡能夠實現高效能、高頻寬的邊緣節點。

更高彈性的模組

Type 7 並不取代 Type 6,而是專為無頭式高頻寬邊緣節點而設計的配套腳位(圖 1)。 為此,新的標準當中移除顯示與音訊介面,並精簡 USB 2.0、SATA 及 ExpressCard 等介面。 如此空出 102 個針腳,足夠設置四組 10GbE 連接埠及總計 32 個 PCI Express 線道。

圖 1. Type 7 腳位為 Type 6 及 10 腳位的配套。 (資料來源:congatec

Type 7 規格另外亦新增網路控制器邊帶介面 (NC-SI)。 NC-SI 定義了基頻管理控制器 (BMC) 的接腳,讓系統能經由載板提供頻外遠端管理功能。 Type 7 可向下相容 Type 6;具體而言,Type 7 可插入 Type 6 載板並使用舊式 I/O。

綜觀以上,這是一組極高彈性的 COM Express 模組,在單一個 1U 空間可整合多達 10 組,最大傳輸率合計高達每秒 0.4 Terabit。

載板乙太網路

Type 7 的 10GbE 介面使用四組 10GbE-KR 背板線道,而 10 GbE 介面實體則於載板實作(圖 2)。 如此不僅達成高速通訊能力,亦讓開發人員可選擇於最終介面使用以下任何一組配置:

  • 2x 10GBASE-KR 走銅基實體層 (PHY) 至 2x RJ45
  • 4x 10GBASE-KR 走銅基實體層 PHY 至 4x RJ45
  • 4x 10GBASE-KR 走光纖 PHY 至 4x SFP+
  • 4x 10GBASE-KR 走光纖 PHY/銅基 PHY 至 SFP+/RJ45

圖 2. COM Express 3.0 Type 7 允許於載板選用各種不同的 10GbE 配置。 (資料來源:ADLINK Technology

初期產品已展現高效能

此模組不限定處理器,但 ADLINK 和 congatec 已開始推出以先進系統單晶片為基礎的模組,專門設計供網路邊緣的國防、低功耗、高度最佳化處理等領域應用。

ADLINK 的 Express-BD7 即為一例。 此模組使用 COM Express Basic 外型規格(95 x 125 公釐),採用 Intel® Xeon® D 系列處理器或 Intel® Pentium® D 系統單晶片,提供 4、8、12 或 16 核心,並搭配 32 GB 雙通道 DDR4 1867/2133/2400 MHz 具錯誤修正碼的記憶體 (圖 3)。

此模組在最多四組的 10GbE 連接埠中支援兩組,並提供 GbE、NC-SI、2 個 6 Gbps 的 SATA 連接埠、4 個 USB 3.0/2.0 連接埠以及最多 32 個 PCIe 線道(24 個第 3 代、8 個第 2 代)。 此模組支援智慧型嵌入式管理代理程式 (SEMA) 功能,ADLINK 並強調其耐用性:它的操作溫度範圍廣達 -40°C 至 +85°C。SEMA 功能則包括電壓電流監控及電源啟動除錯支援。

圖 3.  參閱 Express-BD7 的功能方塊圖,可見右上方的兩組 10GbE 連接埠 (1x 10G KR),GbE 控制器連入左側中央的 NC-SI,以及 32 道 PCIe 線道左右配置於 AB 與 CD 介面之間。 (資料來源:ADLINK Technology)

最近 congatec 亦推出自家的 COM Express 3.0 Type 7 模組產品:conga-B7XD(圖 4)。 此 conga-B7XD 與 ADLINK 的 Express-BD7 同樣使用 COM Express Basic 外型規格,採用 Intel® Xeon® D 系列處理器或 Intel® Pentium® D 系統單晶片,同樣提供 4、8、12 或 16 個核心。 視實際選用的核心數、記憶體快取容量及核心時脈頻率,此系統單晶片的電源功耗約為 19 至 45 瓦。

圖 4. 使用 Type 7 腳位的 conga-b7XD SoM 採用 Com Express Basic 外型規格,尺寸為 95 x 125 公釐。 (資料來源:congatec)

邊緣高密度虛擬化,或部署於其他任何處所

Express-BD7 與 conga-B7XD 雙方均支援 Intel Xeon 及 Pentium 處理器,最多 16 個核心。 若於 1U 機架伺服器配置 10 個模組,則簡單計算可達 160 個核心可執行虛擬機器,並且從邊緣到資料中心均能夠部署。 以工業應用為例,利用擁有大量快取記憶體的本機虛擬化系統即可即時取得感測器與測量數據,亦能夠視需要加速進行轉碼或處理含有大量資料的視訊串流:只要用更多核心即可。 如此大量馬力亦可用於深入封包檢查,以確保安全和服務品質。

以上僅是 COM Express 新一級 Type 7 模組實現的幾種應用例,全數均結合了最佳化的低功耗運算處理及高速通訊。

作者簡介

Patrick Mannion

Patrick Mannion is a independent content developer and consultant who has been analyzing developments in technology for over 25 years. Formerly Brand Director for EETimes, EDN, Embedded, Planet Analog and Embedded.com, now part of AspenCore, he has also been developing and executing community-oriented online- and events-based engineer-to-engineer learning platforms. His focus is on connecting engineers to find novel design solutions and focused skills acquisition in the areas of Embedded, IoT, Test and Measurement, RF/Wireless, and Analog & Mixed-Signal Design.

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