Type 7 模块解决复杂的物联网边缘节点处理矩阵

August 7, 2017 Patrick Mannion

COM Express 3.0 规范中全新的 Type 7 引脚为开发人员设计无外设服务器提供了一个重要选项。 除了其它更改之外,此引脚去除了显示和音频接口以支持四个 10GbE 端口 — 使 Type 7 非常适合用于服务器模块 (SoM) 设计。

模块供应商已经在新引脚上提供多达 16 个内核的服务器级模块。 这些模块将帮助弥补正在将越来越多的处理推向边缘的雾计算架构中的缺陷。 通过在小外形模块中填入更多的计算能力,这些 Type 7 板将支持高性能和高带宽的边缘节点。

更灵活的模块

Type 7 并非用来取代 Type 6,它而是一个针对无外设、高带宽边缘节点量身定制的补充引脚(图 1)。 为了这个目的,新标准去除了显示和音频接口,并且对 USB 2.0、SATA 和 ExpressCard 接口进行了整理。 这释放出 102 个引脚,为四个 10GbE 端口以及总共 32 个 PCI Express 通道腾出空间。

图 1. Type 7 引脚是对 Type 6 和 Type 10 引脚的补充。 (资料来源:congatec

Type 7 规范还添加了一个网络控制器边带接口 (NC-SI)。 NC-SI 定义了基带管理控制器 (BMC) 的连接,实现带外远程可管理性,所有这些都通过运营级板实现。 Type 7 向后兼容 Type 6,它可以插入到 Type 6 运营级板中并使用旧式 I/O。

最终结果是高度灵活的 COM Express 模块,可将 10 个这样的模块集成到一个 1U 机箱中,组合后的最大传输速率可达到 0.4 兆兆位/秒。

运营级板上的以太网

Type 7 10GbE 接口通过四个 10GbE-KR 背板通道来实现,在运营级板上实际物理实施了 10GbE 接口(图 2)。 这用于高速通信,同时为开发人员提供了为最终接口使用以下任一方式的选项:

  • 2 个 10GBASE-KR 通过铜线物理层 (PHY) 连接到 2 个 RJ45
  • 4 个 10GBASE-KR 通过铜线 PHY 连接到 4 个 RJ45
  • 4 个 10GBASE-KR 通过光纤 PHY 连接到 4 个 SFP+
  • 4 个 10GBASE-KR 通过光纤 PHY/铜线 PHY 连接到 SFP+/RJ45

图 2. COM Express 3.0 Type 7 允许在运营级板上以各种方式实施 10GbE。 (资料来源:ADLINK Technology

早期的模块具有高性能

该模块与处理器无关,但是 ADLINK 和 congatec 已经提供了基于高级 SoC 的模块,这些 SoC 专为网络边缘处的密集、低能耗和高度优化的处理而设计。

ADLINK 的 Express-BD7 便是一个这样的模块。 该模块使用 COM Express 基本外形(95 x 125 厘米),该模块基于具有 4、8、12 或 16 个内核的英特尔® 至强® D 系列处理器或英特尔® 奔腾® D SoC,将它们与以 1867/2133/2400 MHz 运行的 32 GB 双通道 DDR4 ECC 内存相结合 (图 3)。

该模块支持可能的四个 10GbE 端口中的两个,以及以 6 千兆位/秒运行的 GbE、NC-SI、2 个 SATA 端口,4 个 USB 3.0/2.0 端口和多达 32 个 PCIe 通道(24 个 Gen 3,8 个 Gen 2)。 该模块支持智能嵌入式管理代理 (SEMA) 功能,ADLINK 则强化了它的环境坚固性:它可以在 -40˚C 到 +85˚C 的温度范围内运行。SEMA 功能包括电压/电流监控以及上电顺序调试支持。

图 3. Express-BD7 的功能框图在右上方显示了两个 10GbE 端口 (1x 10G KR)、在左边中间显示了连接到 NC-SI 的 GbE 控制器,还有在 AB 和 CD 接口之间左右分布的 32 个 PCIe 通道。 (资料来源:ADLINK Technology)

此外,congatec 最近也推出了它自己的 COM Express 3.0 Type 7 模块实施,即 conga-B7XD (图 4)。 与 ADLINK 的 Express-BD7 一样,conga-B7XD 采用 COM Express 基本外形,基于英特尔® 至强® D 系列处理器或英特尔® 奔腾® D SoC,也同样支持 4、8、12 或 16 个内核。 根据内核数、内存高速缓存以及内核时钟频率的组合,该 SoC 的功耗范围为 19 到 45 W。

图 4. 具有 Type 7 引脚的 conga-b7XD SoM 使用 COM Express 基本外形,尺寸为 95 x 125 毫米。 (资料来源: congatec)

在边缘或者在需要时可部署到任意位置的密集虚拟化

Express-BD7 和 conga-B7XD 均支持多达 16 个内核的英特尔至强和奔腾处理器。 在一个 1U 机架服务器中有 10 个模块,简单算起来有 160 个内核,或者可能是虚拟机,它们可部署到从边缘到数据中心的任意位置。 例如,对于工业应用,高速缓存较大的本地虚拟化系统可用来实时获取传感器和测量数据,或者根据需要快速对数据密集的视频串流进行转码和处理:只需使用更多内核。 也可以将计算能力用于深层数据包检查,确保安全性和服务质量。

这些只是通过新兴的 COM Express Type 7 模块类别实现的其中一些应用,所有这些应用都通过组合优化的、低能耗处理和高速通信来实现。

作者简介

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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