Сервер на модуле – уже реальность!

В настоящее время подготовка спецификации COM Express тип 7, работы над которой велись подкомитетом PICMG COM Express под руководством ведущих специалистов компании ADLINK^¹, достигла заключительной стадии. Одним из важнейших приобретений новой, уже третьей редакции явилась обновлённая распайка соединителя с поддержкой до четырёх интерфейсов 10 GbE-KR, делающая её отличным решением для построения серверных платформ приложений IoT и Industry 4.0².

Введение

Ожидается, что к 2020 году объём создаваемых и копируемых ежегодно данных увеличится до 44 Збайт. Этот астрономический поток в 44 триллиона Гбайт в основном будут рождать IoT, облачные приложения и Big Data.

С целью минимизации задержек и магистрального трафика между клиентами, центрами обработки данных (ЦОД) и облаками информация должна обрабатываться как можно ближе к месту её получения и запроса. Новые технологии IIoT³ и Индустрия 4.0, как локомотивы, потянут за собой и новые решения. Уже в самое ближайшее время массово потребуются децентрализованные мощности для обработки данных датчиков и измерений в реальном времени. В частности, приложениям передачи потокового видео для достижения требуемой производительности транскодирования потребуются локальные виртуальные системы с несколькими ядрами и большим объёмом кэш-памяти. И это относится не только к сегменту видео и телекоммуникациям, но также и к перспективному медицинскому оборудованию и системам безопасности. Ещё одним важным приложением является технология глубокой инспекции пакетов (Deep Packet Inspection), которая обеспечивает безопасность передачи данных и оптимальное качество обслуживания клиентов для так называемых пограничных (Edge) серверов.

^¹ADLINK Technology – транснациональная компания со штаб-квартирой на Тайване и производственными мощностями на Тайване и в Китае. ADLINK Technology производит инновационные компьютерные продукты для промышленной автоматизации, обороны, транспорта, медицины, безопасности и многих других областей. В последнее время компанией уделяется большое внимание и направляются крупные инвестиции в развитие облачных технологий, разработку новых систем передачи данных и промышленный Интернет вещей (IIoT).

²«Индустрия 4.0» – концепция развития умного производства, предусматривающая, что умное оборудование на умных фабриках будет самостоятельно передавать и получать необходимую для работы информацию, перенастраивать и оптимизировать производственные мощности.

³Промышленный Интернет вещей (IIoT) – сквозная компьютеризация предприятия, когда в общую информационную сеть объединяются все производственные объекты, и это не только оборудование, но и рабочие места. Таким образом формируется среда, когда машины начинают «понимать» своё окружение и осуществлять непосредственное взаимодействие.

Сетевая структура будет преобразована в инфраструктуру, использующую высокопроизводительные узловые оконечные серверы, распределённые по всей сети и функционирующие в непосредственной близости от конечного пользователя. Высокая пропускная способность, предоставляемая технологиями 10 GbE, компактность и энергоэффективность будут иметь решающее значение для таких устройств.

Примерами подобных систем на кристалле, обеспечивающих высокую производительность при относительно низком (до 65 Вт) энергопотреблении, являются семейства процессоров Intel® Xeon® D (до 16 ядер) и Intel® Atom C, оба поддерживают виртуализацию и ARM-дизайн. Также интересны недавно выпущенный ARM-процессор AMD Opteron A1100 и различные PowerPC, например QorIQ от NXP. Однако разработчикам не нужно решать, какой процессор в конечном счёте является лучшей платформой. Благодаря новой спецификации COM Express тип 7 им предоставляется достаточная гибкость для выбора.

Кратко об основных изменениях в COM Express тип 7

В значительной степени распиновка COM Express тип 7 (рис. 1) соответствует типу 6, но для того чтобы получить четыре порта 10 GbE, требуемые контакты на разъёме CD были заимствованы у интерфейсов цифрового дисплея (Digital Display Interfaces – DDI).

Поскольку большинство новых пограничных узловых устройств не требуют поддержки какого-либо видео, были удалены и все графические интерфейсы.

Таким образом, за счёт исключения LVDS (edP) и VGA на разъёме AB также освободилось место. Дополнительные контакты были получены за счёт других сокращений и поддержки только четырёх портов USB и двух портов SATA. Итого дополнительно имеем 8 линий PCIe, а также порт с поддержкой NC-SI (Network Controller Sideband Interface), позволяющий подключать к несущей плате IPMI (Intelligent Platform Management Interface) BMC (Baseboard Management Controller).

Поддержка 16-ядерных процессоров серверного класса

Мобильные серверные процессоры (до 16 ядер) с малым уровнем (ниже 45 Вт) TDP (Thermal Design Power), такие как Intel® Xeon® D, хорошо подходят для децентрализованных приложений и компактных систем. Эти платформы не требуют поддержки графики, освобождая контакты существующего в COM Express тип 6 соединителя для использования в приложениях, ориентированных на серверы и сети.

10 GbE приходит в COM Express

Одним из самых фундаментальных нововведений COM Express тип 7 является поддержка четырёх интерфейсов 10 GbE, необходимых для создания узловых устройств следующего поколения (рис. 2–5).




В модуле они реализованы как 10 GbE-KR, то есть как одиночные линии объединительной платы в соответствии с пунктом 49 стандарта IEEE 802.3. Физически интерфейсы 10 GbE расположены на самой несущей плате. Руководствуясь этим, разработчики смогут организовывать передачу сигнала как по оптическому (SFP+), так и по медному кабелю (T), предоставляя новым системам требуемую гибкость.

Программно определяемые контакты (SDP) являются ещё одной особенностью распайки основного разъёма, добавленной в COM Express тип 7 (два SDP на порт 10 GbE). Эти контакты могут быть сконфигурированы как входные или выходные непосредственно пользователем, причём типовым является аппаратный протокол точной временно́й синхронизации, используемый для приложений реального времени.

Поддержка тридцати двух линий PCIe

COM Express тип 6 обеспечивает 24 ли­нии PCIe (PCIe x16 + PCIe x8). Тип 7 поддерживает дополнительные 8 линий PCIe, что составляет в общей сложности 32 линии PCIe. В описании COM Express тип 7, как и в случае с типом 6, сказано, что 16 линий PCIe могут поддерживать до четырёх устройств. Оставшиеся две линии PCIe x8 могут обслуживать ещё четыре устройства. Благодаря поддержке до восьми внешних устройств тип 7 позволяет подключать увеличенное количество плат сбора данных, тем самым расширяя возможности системы по сбору информации. Ещё один вариант использования увеличенного количества PCIe – это подключение PCIe запоминающих устройств, увеличивающих производительность чтения/записи и повышающих общую эффективность. Наконец, дополнительные линии PCIe позволяют подключать внешние GPGPU-платы (General-Purpose computing for Graphics Processing Unit) для совместной работы в приложениях, требующих параллельных вычислений.

Интерфейс сетевого контроллера Sideband

Интерфейс Sideband (NC-SI) определяет протокол для подключения к плате-носителю контроллера управления платой (BMC), который может применяться для удалённого управления и обычно используется в серверных приложениях. По сравнению с традиционной шиной I2C или LPC NC-SI обеспечивает более высокую пропускную способность между сетевым контроллером и BMC платы-носителя. Этот интерфейс определяется ассоциацией DMTF (Distributed Management Task Force – рабочая группа распределённого управления).

До 10 модулей в корпусе высотой 1U

С появлением COM Express тип 7 основные достижения спецификации COM Express становятся доступными новым серверным приложениям, обладающим более высокой пропускной способностью и интенсивностью передачи данных. Благодаря концепции дизайна основного модуля и стандартизованной разводке соединительного разъёма системы получили независимость от процессорной технологии. Оборудование может быть модернизировано с помощью простой замены модуля. Благодаря компактным размерам модули COM Express обеспечивают высокую плотность монтажа готовой системы: 10 модулей могут быть встроены в корпус высотой всего 1U, обеспечивая максимальную суммарную скорость передачи данных до 0,4 Тбит/с. Модульный дизайн COM Express делает данный тип решений очень гибким и масштабируемым, минимизирует затраты на разработку и сокращает время выхода на рынок. OEM-производители также получают более защищённые в авторском плане разработки, и смогут использовать свои проекты дольше, увеличивая тем самым отдачу собственных инвестиций.

Попробовать COM Express тип 7 можно уже сейчас

Первым продуктом компании ADLINK, выполненным в соответствии с новой спецификацией, стал модуль Express-BD7 (рис. 6), с процессором Intel® Xeon® D. Он доступен в версиях с 2, 4, 8, 12 и 16 ядрами, что удобно для оптимального масштабирования вычислительной производительности. Express-BD7 (рис. 7) подходит и для систем с ограниченным пространством, имеющих высокую плотность монтажа и критичных к энергопотреблению, таких как системы виртуализации, граничных вычислений и различных цифровых приложений.


Основные характеристики Express-BD7

• Процессор Intel® Xeon D SoC до 16 ядер.
• Двухканальная память DDR4, 2400 МГц ECC объёмом до 32 Гбайт.
• Поддержка 2×10 GbE и NC-SI.
• До 8×PCIe x1 (Gen2), 1×PCIe x16 (Gen3).
• GbE, 2×SATA 6 Гбит/с, 4×USB 3.0/2.0.
• Поддержка функций Smart Embedded Management Agent (SEMA®).
• Расширенный диапазон рабочих температур –40…+85°C (встроенная опция).

Помимо названного модуля для заказа доступен стартовый комплект “Type 7 Starter Kit”, включающий плату-носитель с источником питания, плату-адаптер 10 GbE (волоконно-оптический или медный), адаптер P16TO28 (PCIe x16 для 2×PCIe x8), адаптер P8TO24 (PCIe x8 для PCIe x4), кабели, отладочную плату (DB40), ОС Linux с предустановленной SEMA на USB-накопителе, библиотеки, BSP, документацию для разработчиков (схемы, расположение элементов, примеры и т.д.), бесплатный сервис по техподдержке разработки собственного носителя.

Заключение

Стандарт COM Express (PICMG COM.0) построен на базе последовательных интерфейсов PCI Express, SATA, USB, LVDS/eDP и DDI, что позволяет разработчикам внедрять новейшие технологии.

Компания ADLINK внесла значительный вклад и средства в развитие COM Express, начиная с момента его появления по настоящее время, когда ADLINK возглавила подкомитет PICMG по разработке обновлённой редакции 3.0. Следуя последним тенденциям рынка, таким как IEEE 1588, был модернизирован и стандарт COM Express тип 6, 10.

Отметим, что COM Express тип 6, отличающийся богатым набором аудио- и видеоинтерфейсов, ориентирован на графические приложения, а тип 7 стал дополнением, предназначенным для создания платформ, не требующих поддержки графики. Основными достижениями новой спецификации явились возможность установки серверных процессоров и обновлённый контактный план с поддержкой до четырёх интерфейсов 10 GbE-KR и до 32 линий PCIe. Новый стандарт хорошо подходит для сложных параллельных вычислений и серверных приложений, нуждающихся в высокой пропускной способности. Одновременно с этим традиционные интерфейсы, такие как PATA, PCI, по-прежнему будут поддерживаться модулями тип 2, а PCI Express, USB 3.0, DDI (DisplayPort/HDMI/DVI) и eDP – модулями тип 6 и 10 и позволят разрабатывать обновлённые версии текущих проектов. ●

Авторы – сотрудники компании ADLINK
Авторизованный перевод Андрея Головастова, сотрудника фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru