有一個趨勢，是所有產(chǎn)業(yè)所共同肯定的，那就是運算的性能需求將會越來越大，同時裝置的體積則會越來越小，而且單一裝置就要能完全絕大多數(shù)的事，無論在任何領(lǐng)域都是，即便是工業(yè)應(yīng)用也是如此。

在這個再明顯不過的共識推動下，COM-HPC的標(biāo)準(zhǔn)於是應(yīng)聲出檯。COM-HPC其實是「High-Performance Computer-on-Modules」的縮寫，顧名思義，是一個具備高性能運算校能的模組化電腦，是能把超級電腦帶進各種嵌入式設(shè)計之中的技術(shù)。而毫無疑問的，它也將對於各式次世代智慧系統(tǒng)與裝置帶來極大的助益。

康佳特科技（congatec AG）是一家德國的工業(yè)電腦模組供應(yīng)商，它同時也是PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturers Group）的成員。而這個組織則是促成COM-HPC標(biāo)準(zhǔn)能夠商用的重要推手，COM-HPC能夠落實到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，康特佳可以說是其中一個關(guān)鍵的角色。

《智動化雜誌》特別專訪了康佳特亞太區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理Becky Lin，請她與我們分享一下COM-HPC標(biāo)準(zhǔn)究竟將帶來什麼影響？主要的應(yīng)用領(lǐng)域又會是哪些？

增強TDP性能 瞄準(zhǔn)次世代邊緣運算設(shè)備

Becky Lin表示，COM-HPC主要是針對下一代網(wǎng)路的邊緣運算設(shè)備所設(shè)計。為了應(yīng)對這個嶄新的市場，COM-HPC改進了遠端管理功能，並提供了相當(dāng)?shù)倪吘夁\算性能水準(zhǔn)以及優(yōu)異的熱設(shè)計功耗（TDP）範(fàn)圍，這是迄今在標(biāo)準(zhǔn)嵌入式模組前所未見的。更高階的伺服器模組（Server-on-Modules）將能夠處理高達300瓦的整體TDP。目前市場上性能最高的模組也只能支持100瓦。

TDP的顯著提高，意味著執(zhí)行任務(wù)的能力也大大提高，COM-HPC在許多方面都提高了性能，包含支援最新的高速介面：PCIe Gen 4.0和5.0、USB 4.0、25 GbE。此外，它也為即將到來的高性能處理器的內(nèi)建記憶體和I/O數(shù)量提供了更多的空間，因為它有五個不同的封裝，且?guī)в袃蓚€不同的針腳，用於模組和專用載板之間的連接。

這兩個針腳排列中的第一個是COM-HPC伺服端，它提供多達65個PCIe通道以滿足最高等級的運算、儲存和周邊設(shè)備的需求，以及具備8個25 Gb乙太網(wǎng)路；第二個針腳是COM-HPC用戶端，它透過將PCIe減少到49通道，並將網(wǎng)絡(luò)介面減少到2x 25 GbE和2x BaseT，增加了對傳統(tǒng)PC設(shè)計的繪圖與音訊的支持。

圖一 : COM-HPC的規(guī)格示意。

COM-HPC的另一個產(chǎn)業(yè)首創(chuàng)，是該模組不僅限於傳統(tǒng)的x86架構(gòu)，而且還可以用於FPGA、ASIC、GPU和ARM處理器。

Becky Lin指出，這些變更意味著OEM業(yè)者的受益將是最大。她強調(diào)，「這是有史以來第一次?！挂郧爸挥写笮退欧髦鳈C版或者昂貴的訂製主板設(shè)計才能解決這些問題，現(xiàn)在透過COM-HPC標(biāo)準(zhǔn)都能達成，除了簡單且經(jīng)濟高效的升級外，主要的優(yōu)勢包括更高的設(shè)計安全性、最小的NRE實現(xiàn)了更高的現(xiàn)有設(shè)計重用性（reusability）。

充分理解伺服端與用戶端差異 辨識更多應(yīng)用可能

至於COM-HPC的主要應(yīng)用面向，Becky Lin認為，必須要先充分理解COM-HPC伺服端模組和COM-HPC用戶端模組的差異。她表示，COM-HPC伺服模組是為根植於網(wǎng)路和通信基礎(chǔ)設(shè)施中的邊緣伺服器應(yīng)用所設(shè)計的，例如用於工業(yè)4.0的冗餘霧伺服器和通信基礎(chǔ)設(shè)施中的邊緣伺服器。

另一個用途是在單個邊緣伺服器上合併多個任務(wù)，例如使用多個機器人控制製造單元。相同的方法也能應(yīng)用於智慧能源網(wǎng)路的任務(wù)，以實時協(xié)調(diào)微電網(wǎng)和虛擬能源網(wǎng)路中的能源產(chǎn)生和消耗。

在視覺應(yīng)用方面，COM-HPC將用於醫(yī)療後端和工業(yè)檢查系統(tǒng)，或邊緣視訊監(jiān)控解決方案以提高公共安全性。它與自動駕駛汽車一樣，必須處理大量平行運作的視訊和圖像數(shù)據(jù)；在觸覺寬頻物聯(lián)網(wǎng)（Tactile Broadband Internet）的5G戶外微型基地臺的天線桿上，或運營商級邊緣伺服器，可以找到更多用例。另一個應(yīng)用領(lǐng)域是強大的邊緣伺服器設(shè)計，這些設(shè)計基於具有虛擬化並支持NFV和SDN的開放式運算的電信級邊緣參考架構(gòu)（OCCERA）。

至於COM-HPC用戶端，則會將目前COM設(shè)計的使用模型提高到新的性能水平。它將用現(xiàn)行的所有應(yīng)用中，而這些應(yīng)用是需要遠高於目前所能取得運算資源所能提供?；蛘咝枰狿CIe Gen 4.0或更高版本的匯流排，以實現(xiàn)極快的數(shù)據(jù)交換，例如在單個系統(tǒng)上整合HMI、實時控制、IoT閘道功能和預(yù)測維護功能的機器控制系統(tǒng)。進一步的應(yīng)用，包括可攜式超音波等醫(yī)療設(shè)備，以及自動機器人和車輛等。

COM-HPC大大簡化AI系統(tǒng)設(shè)計

儘管人工智慧技術(shù)的興起，更多的軟硬體技術(shù)被加入到嵌入式系統(tǒng)之中，但COM-HPC卻能簡化這類AI系統(tǒng)的設(shè)計。

Becky Lin表示，COM-HPC將大大簡化AI系統(tǒng)的設(shè)計，原因有以下數(shù)項：首先，設(shè)計人員可以利用預(yù)先驗證的超級組件來進行開發(fā)，該組件已經(jīng)整合了處理器、RAM、高速USB控制器和乙太網(wǎng)，甚至繪圖功能也提供了。除了這個COTS平臺外，OEM廠商只需為其解決方案的特定應(yīng)用佈局設(shè)計專用載板。為此，COM-HPC也提供設(shè)計指南，使OEM可以在成熟可靠的設(shè)計原則基礎(chǔ)上開發(fā)OEM板。而且可將COM-HPC模組與其他運算引擎（如FPGA，ARM處理器和GPU）整合在一起，因此OEM可以從一致性的設(shè)計方法中受益。

在軟體方面，COM-HPC供應(yīng)商將提供相關(guān)硬體所需的軟體和BSP，進一步簡化設(shè)計。最重要的是，擴展的可維護性功能，將簡化邊緣設(shè)備的設(shè)計。

對於採用COM-HPC的挑戰(zhàn)，Becky Lin認為，主要的關(guān)鍵問題在於它是否會被廣泛接受。但她也指出，借助COM Express標(biāo)準(zhǔn)，他們正設(shè)法建立一個在高階領(lǐng)域沒有競爭的規(guī)範(fàn)，並希望能夠透過COM-HPC能重複這一成功。再加上市場需求是龐大的，且這個新規(guī)範(fàn)從一開始就得到PICMG組織的支持。

Becky Lin強調(diào)，COM-HPC小組委員會中，聚集了全球一流的嵌入式供應(yīng)商。目前，我們有27位成員，不僅包括嵌入式板卡和模組供應(yīng)商，還包括處理器供應(yīng)商，如英特爾，以及其他的連接器業(yè)者。而聚集了這些來自全球的廣泛支持，能夠為客戶帶來安全性，以及對產(chǎn)品長期使用的信任感。

至於導(dǎo)入COM-HPC的高速介面所導(dǎo)致的設(shè)計複雜度增加的問題。確實會是一個挑戰(zhàn)，但所有高速高性能設(shè)計都面臨著訊號一致性和熱點的挑戰(zhàn)，而且採用完全客製化的設(shè)計也很難應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。但有了COM-HPC標(biāo)準(zhǔn)，將擁有出色的規(guī)格，因此更容易滿足合乎標(biāo)準(zhǔn)要求的挑戰(zhàn)。

圖二 : COM-HPC的伺服模組與用戶模組的尺寸示意。

快速與全面的服務(wù)是關(guān)鍵 康特佳從設(shè)計培訓(xùn)著手

Becky Lin表示，有高度熱忱的在地團隊的支援，是引導(dǎo)OEM業(yè)者快速從規(guī)格需求跨入量產(chǎn)的關(guān)鍵。而這就是康特佳（congatec）所能提供的服務(wù)，運用簡化技術(shù)的門檻，來讓客戶快速進入量產(chǎn)。但是由於設(shè)計複雜性的增加，OEM需要更多的支援。因此，康特佳將進一步擴展服務(wù)範(fàn)圍，以幫助客戶在最短的時間內(nèi)構(gòu)建出一流的解決方案，以獲得關(guān)鍵的競爭優(yōu)勢。

且康特佳會從全面的培訓(xùn)課程開始，以對設(shè)計工程師進行深入培訓(xùn)，並幫助他們最有效地掌握陡峭的學(xué)習(xí)曲線。此外，我們還為各自的載板提供了最佳實踐設(shè)計原理圖，並能在設(shè)備完善的實驗室中進行內(nèi)部測試和服務(wù)。根據(jù)客戶的要求，甚至可以提供載板設(shè)計或執(zhí)行模組和載板的整合，以進行真正的量產(chǎn)。

總結(jié)來說，就是「服務(wù)、服務(wù)、服務(wù)」，這是應(yīng)對COM-HPC解決方案時可能遇到的挑戰(zhàn)的最佳對策。這還包括了從板卡硬體相關(guān)的軟體支援，例如基板套件、韌體客製化、以及即時的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)的支援。這對康特佳來說都是非常容易，因為我們產(chǎn)品的首要目標(biāo)就是盡可能簡化這個新標(biāo)準(zhǔn)在OEM設(shè)計中的使用。

圖三 : 康佳特亞太區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理Becky Lin。（Source：康特佳）