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Embedded-Systeme mit Serverleistung Netzwerkknoten für das IIoT

05.02.2019

Server-Prozessoren werden zunehmend energieeffizienter. Embedded-Applikationsentwickler nutzen sie für einen Performance-Boost, der ihnen ganz neue Applikationsfelder eröffnet. Congatec unterstützt solche OEM-Designs mit applikationsfertigen COM-Express-Type-7-Modulen und -Plattformen.

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Der Embedded-Computing-Markt verlangt in vielen Applikationsbereichen immer mehr Computing-Power. Industrie 4.0 erfordert etwa die Synchronisation von mehreren Maschinen und Anlagen. Für das maschinelle Sehen kollaborativer und kooperativer Robotik müssen zum Beispiel zunehmend mehr Bild- und Umgebungsdaten verarbeitet werden. Gleiches gilt für autonome Robotik- und Logistik-Fahrzeuge. Für viele Edge-Computing-Aufgaben, die gerade rund um die Entwicklung der 5G-Netze entstehen, wird ohnehin eine Performance der Serverklasse gefordert. Ganz zu schweigen von dem zunehmenden Bedarf, virtualisiertes On-Premise-Equipment (vOPE) in rauem Umfeld zu installieren, um Funktionen wie industrielles Routing, Firewall-Sicherheit und VPN-Technologien alleine über Software auf weitestgehend generischer Embedded-Hardware ausführen zu können.

Zusatznutzen: Administration aus der Ferne

Zunehmend wichtig wird es, eingebettete Systeme aus der Ferne heraus umfassend – sowohl im laufenden Betrieb als auch Out-of-Band – managen zu können. Auch neue Applikationsfelder wie Interferenzsysteme für Künstliche Intelligenz verlangen entsprechende Rechen-Performance. System-Konsolidierungen über Virtualisierung mit Hypervisor-Technologien tragen ihr Übriges dazu bei, dass die Anforderungen an die eingebettete Systemleistung steigen.

All diese Applikationsfelder fordern eine neue Leistungsklasse auf Embedded-Server-Niveau, die bislang von klassischer Embedded-Computer-Technologie nicht geliefert werden konnte. Sie ist in den meisten Fällen nur bis ungefähr 50 Watt verfügbar. Die Zahl der Cores sowie die Bandbreite und Anzahl der Hochleistungsschnittstellen war bislang einfach zu gering und umfassende Fernwartungs-Features nicht vorhanden. Prozessorhersteller wie AMD haben jedoch ihre Servertechnologien in den letzten Jahren zunehmend effizienter ausgelegt und bieten nun auch Multiprozessorsysteme in TDP-Klassen an. Sie verfügen bereits ab der 30-W-Klasse über alle Funktionen, die man nur von Serverprozessoren erwarten kann, sind aber auch mit bis zu 100 W erhältlich.

Passiv gekühlte Servertechnik

Die Embedded-Server-Technologie mit 30 W ermöglicht komplett passiv gekühlte Systeme in robuster Auslegung mit allen RAS-Features (Reliability, Availability and Serviceability), die man aus dem klassischen Serversegment kennt. Gleichzeitig besitzen sie auch keine Funktion zu viel – insbesondere nicht den umfassenden Grafiksupport von APUs, die CPU und GPU auf einem Die kombinieren. Dadurch werden keine Ressourcen vorgehalten, die nicht notwendig sind.

Die Prozessorserie Epyc Embedded 3000 von AMD liegt in dieser Klasse an Embedded-Serverprozessoren im Spitzenfeld. Sie bietet 4, 8, 12 oder 16 Hochleistungskerne, unterstützt simultanes Multithreading (SMT) sowie bis zu 1 TB DDR4-Speicher und führt bis zu 64 PCIe-Gen-3-Lanes aus. Im Vergleich zu den bislang auf dem Markt verfügbaren Lösungen werden 52 Prozent mehr Anweisungen pro Takt und eine doppelt so hohe Konnektivität unterstützt. Die Prozessoren besitzen außerdem bis zu 2,7-mal mehr Leistung pro Dollar. In der Summe sind das überzeugende Argumente. Ganz besonders gilt das für Single-Socket-Auslegungen, da diesen erstmals eine sehr hohe Speicherbandbreite zur Verfügung steht.

Dank umfassenden Konfigurationsmöglichkeiten und hoher Softwarekompatibilität zu konkurrierenden Lösungen sind die EPYC-Prozessoren von AMD sehr flexibel einsetzbar und die aktuell attraktivste Migrationsplattform für Next-Gen-Embedded-Server-Designs. Sie unterstützen bis zu 32 NVMe- oder SATA-Geräte und bis zu 8 native 10-GbE-Kanäle. Support wird auch für Legacy-I/Os wie Feldbusse und diskrete I/O-Schnittstellen geboten, was für industrielle Servertechnologien von entscheidender Bedeutung ist. Attraktiv für HPC- und KI-Applikationen ist zudem der nahtlose Support der High-End Radeon GPUs von AMD sowie die verbesserte Gleitkommaleistung sowohl in Single- als auch in Dual-Die-Ausführung. Für viele aufkommenden KI-Anwendungen ist gerade diese unerlässlich.

Applikationsfertige Server-on-Modules

Attraktiv ist auch die hardwareintegrierte Virtualisierung der EPYC-Embedded-Prozessoren von AMD für den parallelen Betrieb von RTOS und GPOS auf einem System sowie das umfassende Sicherheitspaket – vom Secure-Boot-System über Secure Memory Encryption (SME) und Secure Virtualization Execution bis hin zum sicheren Migrationskanal zwischen zwei SEV-fähigen Plattformen. Für die 10-Gigabit-Ethernet-Ports unterstützen die neuen Embedded-Server-Prozessoren zudem IPsec mit integrierter Krypto-Beschleunigung. Dadurch hat selbst der Serveradministrator keinen Zugriff auf eine derart verschlüsselte VM. Das ist für die erforderliche hohe Sicherheit vieler Edge-Server-Dienste von großer Bedeutung. Es müssen nämlich sowohl Multi-Vendor-Anwendungen in der Industrie-4.0-Automatisierung ermöglicht als auch internationale Sabotagen von Hackern wirkungsvoll abgewehrt werden.

Congatec hat die Epyc-Embedded-3000-Prozessorserie von AMD nun in Server-on-Modules im COM-Express-Type-7-Formfaktor integriert. Dieser Standard überzeugt durch seine geringen Maße von lediglich 125 mm x 95 mm, unterstützt aktuell bis zu 96 GB Memory onboard und unter anderem vierfach 10-Gb-Ethernet und bis zu 32 PCIe-Gen-3-Lanes. Die Summe der unterstützten Schnittstellen entspricht damit zwar nicht der vollen Leistung der Epyc-Embedded-3000-Prozessoren von AMD. Kunden werden aber mit einem extrem kleinen und insbesondere auch applikationsfertigen Server-on-Module inklusive aller Treiber und Best-Practice-Designs und Guidelines belohnt. Mit ihm lassen sich Embedded-Server-Designs im kleinen Formfaktor besonders effizient umsetzen. Sie sparen dadurch zwischen 50 und 90 Prozent des Aufwands im Vergleich zu einem hauseigenen Full-Custom-Design. Vorteilhaft ist bei ihnen auch die flexible Skalierbarkeit des Designs durch den besonders einfachen Austausch der Module. Wollen Kunden zudem noch mehr Schnittstellen nutzen oder gar Dual-Socket Lösungen umsetzen, bietet Congatec auch Full-Custom-Designs auf Basis dieser Prozessoren an, die sich mit einem bereits verfügbaren und applikationserprobten Modul- und Carrierboard-Layout vergleichsweise einfach und deutlich effizienter aufsetzen lassen, als wenn OEMs alles komplett selbst umsetzen müssten.

Wer heute schon über Embedded-Server-Auslegungen von morgen Austausch sucht, sollte sich mit den Experten aus der Branche unterhalten. Die auf den AMD-Epyc-Embedded-3000 basierenden Server-on-Modules Conga-B7E3 sind erst der Anfang. Sowohl auf Prozessor- als auch auf Server-on-Module-Ebene ist die Roadmap sehr vielversprechend. Die aktuelle COM-Express-Type-7-Variante ist jedoch bereits sehr gut ausgelegt, für Leistungen oberhalb des bisherigen Embedded High-End mit integrierter Grafik. Perfekt geeignet also für eine evolutionäre Weiterentwicklung bisheriger Lösungsansätze – beispielsweise für autonomen Robotik-Fahrzeuge in Kombination mit Embedded-Vision-Lösungen und integrierter Künstlicher Intelligenz.

Bildergalerie

  • Das COM-Express-Type-7-Modul Conga-B7E3 von Congatec mit Epyc-Embedded-3000-Prozessoren von AMD bietet Embedded-Server-Class-Performance auf einem lediglich 125 mm x 95 mm großen Formfaktor. Es kann bei Bedarf sogar komplett applikatonsfertig mit kundenspezifischem Carrierboard und passendem Kühlkörper zur Verfügung gestellt werden.

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  • Die Epyc-Embedded-3000-Prozessorserie von AMD liegt in der Klasse der Embedded-Serverprozessoren im absoluten Spitzenfeld. Sie bietet 4, 8, 12 oder 16 Hochleistungskerne, unterstützt simultanes Multithreading (SMT), besitzt bis zu 1 TB DDR4-Speicher und führt bis zu 64 PCIe Gen 3 Lanes aus.

    Bild: Congatec

  • Mit bis zu 16 Cores für 32 Threads bei bis zu 3,0 GHz, bis zu 128 GByte DDR4-2666-RAM, 32 PCIe Gen 3.0 Lanes und 4x 10 GbE bietet das COM-Express-Type-7-Modul Conga-B7E3 einen sehr großen Performance-Boost für das raue Umfeld.

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  • Congatec bietet für seine COM-Express-Type-7-Server-on-Modules auch Kühllösungen an, die Page 2 of 3 zum Prozessor passen und bei Bedarf sogar auf das kundenspezifische Gehäuse angepasst werden können. Dadurch können OEMs die maximale Prozessor-Performance aus ihren Designs herausholen, da diese zunehmend von der Die-Temperatur abhängt.

    Bild: Congatec

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