COM-HPC: 모듈형 임베디드 시스템을 위한 차세대 오픈 표준

임베디드 컴퓨팅이 모듈형 시스템 설계를 위한 차세대 오픈 표준인 COM-HPC를 채택할 태세입니다. 아키텍처가 복잡하고 종종 오해되기 때문에 명확한 가이드가 필수적입니다.

이해관계자들은 COM-HPC를 두 가지 관점에서 봅니다. 임베디드 에지 서버 커뮤니티는 고성능 견고 워크로드용 플랫폼으로 보고, 기존 COM Express 사용자들은 클라이언트 모듈과 그 진화에 초점을 맞춥니다. 그들은 지금 전환해야 할지, 새 표준이 어떤 실질적 이점을 제공하는지 의문을 가집니다.

임베디드 서버를 위한 오픈 표준 플랫폼

고성능
Computer-on-Module 표준의 짧은 역사

연도 세부사항

2001년 ETX-IG 설립 및 최초의 제조사 독립적 모듈 표준 출시

2005년 PICMG COM Express 1.0 사양 발표

2010년 COM Express 2.0 사양

2012년 COM Express 모듈 판매량 ETX 초과

2012년 COM Express 2.1 사양

2018년 PICMG COM-HPC 위원회 설립

2019년 COM-HPC 핀아웃 발표

2020년 COM-HPC 사양 출시

Computer-on-Module(CoM) 표준이 오픈되고 벤더에 구애받지 않기 때문에 이를 기반으로 한 제품은 수십 년 수명 주기를 누립니다. OEM은 여전히 레거시 ETX 모듈을 주문할 수 있고, PCIe 기반 표준은 하위 호환성을 통해 더 긴 관련성을 약속합니다.

COM-HPC Server는 열악한 환경에서 모듈형 임베디드 랙 및 박스 서버 설계를 위한 최초의 진정한 오픈 표준입니다. 오늘날의 클래식 서버 환경에서 애플리케이션 레디 프로세서 모듈은 여전히 드물게 활용되지만, 상당한 이점을 제공합니다.

프로세서, 메모리, 고속 인터페이스를 단일 표준화 모듈로 제공함으로써 설계자는 캐리어 보드를 정확한 크기와 I/O 요구사항에 맞게 조정하는 데 집중할 수 있습니다. 이 접근법은 설계 시간을 단축하고 빠른 시장 출시를 가능하게 하며, 특히 전체 맞춤 설계가 비용이 많이 드는 소량 생산 제품에서 생산 비용을 절감합니다.

업그레이드 시 모듈만 교체하면 되므로 1U 또는 3U 랙 시스템 전체 교체 대비 비용을 약 50% 절감할 수 있습니다. 그 결과 제품 수명 주기 동안 더 지속 가능한 투자와 확장된 투자 수익을 얻습니다.

일반적인 이점 외에도 COM-HPC Server는 이전 폼 팩터에서 사용할 수 없었던 기술적 개선을 도입합니다. 사양은 x86 CPU에 국한되지 않고 RISC 프로세서, FPGA, GPGPU를 명시적으로 지원합니다. 이러한 대체 컴퓨트 유닛을 탑재한 첫 샘플이 Embedded World 2023에서 전시되었습니다.

처음으로 OEM은 단일 공식 지정 생태계 내에서 여러 컴퓨트와 가속기 유형을 결합한 이기종 서버 아키텍처를 설계할 수 있습니다. 사양은 또한 모듈용 슬레이브 모드를 정의해 레거시 컴포넌트 통합에 더 많은 유연성을 제공합니다.

COM-HPC Server 모듈은 차세대 프로세서의 고성능 컴퓨트 파워를 요구하는 에지 및 포그 서버를 타겟으로 합니다. 최대 300W 전력 예산으로 오늘날 100W 제한 COM Express Type 7 모듈을 훨씬 뛰어넘는 성능 수준을 약속합니다. 차세대 CPU의 예상 성능 도약과 결합해 COM-HPC는 엄청난 서버 부하를 처리할 태세입니다.

큰 풋프린트는 냉각을 단순화하고 강력한 CPU나 FPGA 사용을 가능하게 합니다. COM-HPC Server는 두 가지 풋프린트를 제공합니다: Size E(200mm × 160mm)로 최대 8개 DIMM 소켓, 1TB RAM 지원, Size D(160mm × 160mm)로 4개 DIMM 소켓, 512GB 지원. 아래 그림은 두 크기를 보여줍니다.

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그림 1: COM-HPC Server는 두 가지 풋프린트 지정—Size E는 최대 8개 DIMM 소켓으로 1TB 메모리, Size D는 4개 소켓으로 512GB. 커넥터 레이아웃이 달라 실수로 잘못 장착 방지 (출처: congatec)

확대된 풋프린트는 전체 DIMM 모듈을 허용해 마이크로, 에지, 포그 서버에 필요한 대역폭과 용량을 제공합니다. Size E는 최대 8개 DIMM(약 1TB), Size D는 최대 4개 DIMM(약 512GB) 지원.

COM-HPC Server는 8 × 25GbE 포트와 65개 PCIe 레인(Gen 4.0/5.0)을 정의합니다. 한 레인은 선택적 보드 관리 컨트롤러용으로 예약되고, 나머지 64개 레인이 주변기기에 공급돼 최대 256GB/s I/O 처리량을 가능하게 합니다.

광범위한 I/O 매트릭스로 COM-HPC Server는 가속기(GPGPU, FPGA, ASIC)와 NVMe 스토리지를 호스팅할 수 있습니다. Thunderbolt 3.0 인터페이스의 두 USB 4.0(40Gb/s) 포트와 두 USB 3.2(20Gb/s) 포트가 PCIe 레인을 보완하며, 추가 USB 2.0, SATA, eSPI, SPI, SMB, I²C, UART, GPIO 인터페이스가 기능 세트를 완성합니다. 전용 10GbE 포트가 원격 관리를 지원합니다.

COM-HPC는 PICMG 원격 관리 소위원회에서 개발 중인 전용 시스템 관리 인터페이스를 도입합니다. 원격 에지 서버 모듈 관리를 위한 IPMI 파생 기능(신뢰성, 가용성, 유지보수성, 안전성 - RAMS)을 제공합니다. OEM은 캐리어 보드의 선택적 보드 관리 컨트롤러로 기능을 확장할 수 있습니다.

COM-HPC Client – 더 크고, 빠르고, 더 많은 것

COM-HPC Server가 새로운 임베디드 에지 서버 설계를 타겟으로 하는 동안, 역사적으로 COM Express Type 6 기반의 '클래식' 고성능 임베디드 시스템이 여전히 많은 시장을 지배합니다. OEM은 자연스럽게 COM-HPC가 기존 설계를 구식으로 만들지, 언제 전환해야 할지, 고객에게 어떤 이점을 기대할 수 있는지 묻습니다.

세 가지 크기

두 표준 모두 세 가지 모듈 크기를 정의합니다. COM-HPC Client는 120mm × 160mm(Size C), 120mm × 120mm(Size B), 120mm × 95mm(Size A)를 사용합니다. 가장 작은 풋프린트는 COM Express Basic(125mm × 95mm)과 거의 동일해 COM-HPC가 COM Express 위에 위치하며 그 범위를 넘어선 애플리케이션을 타겟으로 함을 보여줍니다.

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그림 3: COM Express와 COM-HPC Client는 세 가지 풋프린트 공유; 가장 작은 COM-HPC Size A는 COM Express Basic과 거의 동일해 COM-HPC의 상위 포지셔닝을 보여줌 (출처: congatec)

더 많은 전력

사양은 200W 전력 예산을 허용합니다. 이는 오늘날 가장 강력한 COM Express Type 6 모듈 한계의 약 3배입니다. 두 표준 모두 SODIMM 또는 솔더드 메모리를 지원합니다. COM-HPC Client는 최대 4개 SODIMM 소켓을 호스팅해 더 큰 메모리 용량을 가능하게 하며, COM Express는 이미 최대 96GB를 지원합니다.

더 많고 더 빠른 인터페이스

두 표준의 핵심 차이는 커넥터와 핀 수에 있습니다. COM-HPC Client는 400핀 커넥터(두 커넥터로 총 800핀)를 도입해 COM Express Type 6의 440핀보다 거의 2배 많습니다. 이 추가 핀 수는 더 많은 PCIe 레인, 더 빠른 이더넷, 추가 USB 포트를 수용합니다.

COM-HPC Client는 캐리어 보드에 49개 PCIe 레인을 제공합니다. 이는 COM Express Type 6의 24개 레인의 2배이며, 한 레인은 보드 관리 컨트롤러 전용으로 남습니다. 두 개의 25GbE KR 이더넷 포트와 최대 두 개의 10Gb Base-T 포트가 모듈에 직접 통합됩니다. 반면 COM Express Type 6은 단일 1GbE 포트를 제공하며 추가 인터페이스는 캐리어 보드에서 옵션으로 제공됩니다.

그래픽과 오디오

두 표준 모두 세 DDI 포트와 하나의 임베디드 DisplayPort를 통해 최대 4개 디스플레이를 지원합니다. COM-HPC는 HDA 오디오 인터페이스를 SoundWire로 대체합니다. 이는 MIPI 기반 표준으로 두 레인(클럭과 데이터)만 필요하며 최대 4개 오디오 코덱을 지원합니다.

USB 대역폭과 MIPI-CSI

COM-HPC Client는 네 개의 USB 4.0 포트(40Gb/s)와 네 개의 USB 2.0 포트를 제공해 COM Express Type 6의 4 × USB 3.1과 8 × USB 2.0보다 더 높은 총 대역폭을 제공합니다. 또한 두 개의 MIPI-CSI 인터페이스를 추가해 저비용 카메라 연결을 지원하며, 상황 인식과 협동 로보틱스에 유용합니다.

기타 인터페이스는 COM Express와 유사합니다: 두 SATA 포트, 2 × UART, 12 × GPIO, 2 × I²C, 2 × SPI, eSPI. COM Express에는 커넥터에 옵션 CAN 버스가 포함되는데, COM-HPC에는 없는 기능입니다.

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그림 4: COM-HPC Client와 COM Express Type 6 인터페이스는 주로 PCIe 레인 수, 이더넷 포트, USB 포트, 아직 사양화되지 않은 원격 관리 지원에서 차이 (출처: congatec)

COM Express 사용 OEM은 표준이 수년간 생존 가능할 것임을 안심할 수 있습니다. PCIe 세대는 하위 호환되며, Gen 3.0 기반 설계는 Gen 4.0 도래 후에도 오랫동안 서비스 가능합니다. 현재 인터페이스 사양이 요구사항을 충족한다면 긴급하게 마이그레이션할 필요는 없습니다.

애플리케이션이 32개 이상의 PCIe 레인, 풀 대역폭 PCIe 4.0, 다중 25Gb/s 이더넷 포트, 고급 원격 관리 기능을 요구한다면 COM-HPC가 논리적 선택입니다. 그렇지 않다면 "잘 돌아가는 시스템은 바꾸지 마라"는 격언이 여전히 유효합니다.