COM Express entwickelt sich in Richtung “Server-on-Module“

Mit der Revision 3.0 wird für den erfolgreichsten Computer-on-Module Standard ein neuer Pinout Typ eingeführt, der das Einsatzgebiet von COM Express in Richtung Server-Applikationen erweitert.

COM Express ist ein Computer-on-Module Standard des PICMG Konsortiums. Die erste Version dieser Spezifikation wurde 2005 veröffentlicht und in 2010 sowie 2012 aktualisiert. Die kommende Revision 3.0 definiert vier unterschiedliche Modulgrößen und drei Pinouts. Das neue Typ 7 Pinout ist allerdings kein Ersatz für das bewährte Typ 6 Pinout. Es ersetzt alle Audio- und Video-Schnittstellen durch vier 10G Ethernet Ports und insgesamt 32 PCI Express Lanes, um verbesserte Mikro-Server und andere Server-Applikationen zu unterstützen, die zwar nur eine geringe Leistungsaufnahme erlauben, aber dennoch hohe Rechenleistung und Kommunikationsdurchsatz erfordern.

COM Express Modulgrößen

COM Express Modulgrößen

  • Mini 84 x 55 mm²
  • Basic 95 x 125 mm²
  • Compact 95 x 95 mm²
  • Extended 110 x 155 mm²

Existierende Formfaktor/Pinout Kombinationen

Die Mini Modulgröße wurde mit der Revision 2.1 eingeführt und ist nur mit dem Single-Konnektor Pinout Typ 10 implementiert. Das aktuell am weitesten verbreitete Pinout ist Typ 6, das Legacy Pinout Typ 2 Module ersetzt hat. Die „Extended“ Modulgröße mit 110×155 mm² erreichte in der Vergangenheit keine signifikante Marktrelevanz. Mit dem neuen, serverorientierten Pinout Typ 7, das in der COM Express Spezifikation Rev. 3.0 definiert ist, kann es allerdings relevant werden, da Server-Applikationen deutlich mehr DRAM-Speicherkapazität und stets auch extrem leistungsfähige CPU-Performance benötigen. Dafür unterstützt COM Express eine maximale Leistungsaufnahme von 137 Watt. Die größere Modulfläche bietet zudem mehr Fläche für mehr Speicher und erlaubt eine bessere Wärmeübertragung für eine höhere Leistungsaufnahme. Vergleicht man das neue Pinout Typ 7 mit dem Pinout Typ 6, so ist offensichtlich, dass es dieses nicht ersetzen wird. Die Pinout Typ 7 Definition ist eindeutig für headless Serverapplikationen mit vergleichsweise geringer Leistungsaufnahme, hoher Rechendichte und großem I/O-Durchsatz gemacht. Gegenüber Typ 6 verzichtet die neue Typ 7 Definition auf sämtliche Audio- und Videoschnittstellen sowie die oberen vier USB 2.0 Ports, das ExpressCard Interface und die oberen zwei SATA Ports. Dadurch werden auf dem AB Konnektor 60 Pins und auf dem CD Konnektor 42 Pins frei. Diese 102 Pins plus einige vorher reservierte Pins werden nun genutzt, um zusätzliche PCI Express Lanes und vier 10 GB Ethernet KR Lanes inklusive einem kompletten Satz an NC-SI Sideband Signalen auszuführen.

Typ 7 COM Express Module bieten maximale Features

  • 4x 10GBaseKR Ethernet mit NC-SI
  • 1x 1GB Ethernet
  • 32x PCI Express 3.0 Lanes
  • 2x SATA – 8x GPIO, geteilt mit SDIO
  • 2x Serial, geteilt mit CAN
  • LPC Bus, geteilt mit eSPI
  • SPI und I²C Bus

Massenspeicher Interface

Der Wegfall von zwei SATA Ports mag auf den ersten Blick verwirren, da Serverapplikationen stets nach einer hohen Massenspeicherkapazität verlangen. Allerdings zeigen aktuelle Technologietrends eindeutig, dass SATA-Festplatten zunehmend durch schnelle Solid State Disks (SSDs) ersetzt werden. Da SSDs aber viel schneller sind, werden die SATA-Schnittstellen zu einem Flaschenhals und durch NVMe abgelöst (NVM Express oder Non-Volatile Memory Host Controller Interface Spezifikation – NVMHCI, siehe auch www.nvmexpress.org), das PCI Express für die Anbindung von Massenspeichern nutzt. Typ 7 unterstützt diese Entwicklung eindeutig durch seine größere Anzahl an PCIe Lanes.

Kommende, nichtflüchtige Speichertechnologien

Intel hat bereits für 2016 Optane SSD Produkte angekündigt, die auf der brandneuen 3D Xpoint Technology basieren. Optane ist eine neue Technologie, die die Phase Change Technologie nutzt und gegenüber der NAND-Flash Technologie bis zu 1000-mal mehr Performance und Haltbarkeit verspricht. Basierend auf einer dreidimensionalen Anordnung der Zellen soll 3D Xpoint im Vergleich zur DRAM-Technologie eine 10-fach höhere Dichte bieten. Die versprochene Performance und Haltbarkeit dieser neuen Technologie würde durch SATA allerdings stark limitiert. NVMe dagegen bietet deutlich mehr Luft, um die maximale Leistung auszuschöpfen.

Wärmemanagement und Stromverbrauch

Eine hohe Performance bedarf auch einer entsprechenden Leistungsaufnahme und diese schlägt sich direkt in den Energiekosten nieder, die auch zukünftig nicht sinken werden. Aber nicht nur die unmittelbare Leistungsaufnahme der Computer, sondern auch die Kosten für die Energie, die für die Kühlung benötigt wird, fließen in die Gesamtkosten mit ein. Je geringer die Leistungsaufnahme der Computer ist, desto geringer sind auch die Kosten für die Kühlung.

Zudem sorgt eine effiziente Kühlung auch für eine gesteigerte Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Chips. Ein gutes Kühlkonzept unterstützt darüber hinaus auch die Turboboost-Features aktueller Prozessoren, die zusätzliche Rechenleistung liefert. Turboboost ermöglicht nämlich ein Übertakten der Prozessoren, solange sie kühl genug bleiben. Für höchste Effizienz sind die meisten COM Express Produkte mit Embedded Computer-Technologien für mobilen und Low-Power-Applikationen ausgestattet. Als thermisches Interface zum Systemgehäuse definiert die COM Express Spezifikation einen Heatspreader. Seine ebene Oberfläche ist einfach in Serverapplikationen zu integrieren und ermöglicht auch schnelle Technologie-Upgrades, ohne die mechanische und/oder elektrische Systemarchitektur ändern zu müssen. Damit ist es auch viel einfacher, den sich ständig ändernden Roadmaps der Chiphersteller zu folgen. Die COM Express Spezifikation definiert zudem den I2C-Bus, über den mehrere Temperatursensoren für ein umfassendes Systemmonitoring angeschlossen werden können.

Spezifikation

Das PICMG Subkomitee begann im Dezember mit der Definition der Revision 3.0 der COM Express Spezifikation (COM.0). Das oben beschriebene Featureset und Pinout sind aktuell bereits festgelegt.

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