[APPLICATION ADVANTECH] Les Computer-on-Modules (COM) peuvent accélérer considérablement le développement de serveurs industriels dédiés. Le standard COM-HPC du PICMG est bien adapté à ce type d’applications. Cependant, la spécification actuelle ne tient pas compte des processeurs AMD EPYC Embedded qui prennent en charge beaucoup plus de voies PCIe que le COM-HPC ne le permet. Mais le goulot d'étranglement qui empêchait auparavant d'utiliser ces processeurs extrêmement puissants pour concevoir des serveurs edge très efficaces produits en lots industriels a aujourd’hui été éliminé.

Auteur : Claus Giebert, directeur des ventes Computer on Modules, Advantech Europe.

Les applications typiques des modules processeurs COM-HPC Server se trouvent dans des équipements réseau industriels tels que les passerelles VPN et les pare-feu qui exigent un haut débit de données allant jusqu'au 100 Gigabit Ethernet et une mémoire tampon rapide. Parmi les autres applications, on peut citer les infrastructures télécoms et les infrastructures de périphérie (edge) critiques telles que les stations de base 5G, ou bien les serveurs de périphérie complexes à criticité mixte pour l'Industrie 4.0 ou encore les applications radar et sonar dans les secteurs de la sécurité et de la défense.

Les Computer-on-Modules sont devenus la norme dans l'industrie de l’embarqué. Ils constituent la solution idéale lorsque la conception d'un système spécifique est nécessaire pour des lots de production industriels. En utilisant les COM, les utilisateurs évitent la complexité d’intégration directe des cœurs de traitement. Les COM fournissent déjà un BSP aux fonctions certifiées, calibré pour toutes les caractéristiques attendues des modules. Les utilisateurs n’ont donc plus qu'à développer la carte porteuse et à intégrer leurs interfaces spécifiques.

Les principaux fournisseurs de modules proposent également des services de conception complets à cet effet. Les services liés aux modules comprennent la vérification des schémas de cartes porteuses personnalisées et l'aide à l'intégration pour les pilotes et les bibliothèques de périphériques. Selon les capacités du fournisseur, les services peuvent aller jusqu'au développement de cartes porteuses et même de systèmes complets.

Les adaptations du Bios, le développement de noyaux et d'images de système d'exploitation spécifiques au client et tout autre logiciel nécessaire lié au matériel figurent au rang des autres services utiles. En outre, les OEM peuvent demander des services de modules étendus en fonction de leurs besoins. Ces services s'étendent à la conception et à la fabrication de systèmes complets. Les fournisseurs peuvent, si les utilisateurs le souhaitent, installer le logiciel d'application pour la production en série, livrant ainsi des systèmes entièrement validés qui ne nécessitent qu'un assemblage physique et une connexion pour démarrer instantanément.

Un autre service fréquemment proposé est la gestion à distance. Les OEM sont assistés dans la maintenance de leurs systèmes ou l’externalisation totale des tâches de maintenance par l'ODM embarqué.

Le dilemme

Mais que se passe-t-il si les modules standard et les services d'assistance ne sont pas disponibles pour le processeur de votre choix ? Faut-il prendre le taureau par les cornes et s'engager dans la voie de la conception entièrement personnalisée ? Ou bien faut-il acheter une carte mère standard - qui a probablement beaucoup plus d'interfaces que vous n'en avez besoin - et intégrer les fonctions non prises en charge via des cartes d'extension ?

Dans les deux cas, le coût est nettement plus élevé, non seulement au niveau du développement, mais également pour la production en série. Faut-il alors utiliser un autre processeur ? Cette solution peut également s'avérer inappropriée si votre choix de processeur initial était le plus avantageux au niveau du prix et des performances. Après tout, outre la mémoire RAM, le processeur est de loin le composant le plus cher dans la conception d'un serveur, ce qui a un impact considérable sur le coût pour le client et sur la compétitivité de l’OEM.

La solution

Pour que les clients ne soient pas confrontés à ce dilemme financier, les Computer-on-Modules COM-HPC équipés de processeurs pour serveur AMD EPYC Embedded 7003 sont désormais disponibles, même si la spécification du PICMG ne le permet pas. De fait la spécification COM-HPC Server ne spécifie que 65 voies PCIe, alors que les processeurs AMD EPYC Embedded 7003 en offrent bien davantage (*).

Il semble que les développeurs de la norme se soient concentrés sur les besoins d'autres fabricants de processeurs et aient choisi de fournir une gamme plus large d'interfaces dédiées. Cependant, tout serveur edge n'a pas besoin de toutes ces interfaces. Par exemple, jusqu'à huit canaux 25 Gigabit Ethernet sont souvent superflus si le stockage ou les accélérateurs d'intelligence artificielle (IA) sont la fonction principale du serveur edge au sein d'un cluster.

En revanche, AMD a équipé ses processeurs pour serveurs de voies PCIe beaucoup plus génériques afin qu’ils puissent être utilisés dans un plus grand nombre de cas. Une solution pragmatique consiste à amener cette approche aux modules COM-HPC Server, en convertissant les voies que les autres fabricants de processeurs n'offrent pas. Si les OEM convertissent ensuite ces nouvelles broches PCIe en Gigabit Ethernet comme prévu, ils peuvent même développer des cartes porteuses qui intègrent des processeurs d'autres fabricants. Cela ne nécessite que quelques ajustements, par exemple en supprimant les contrôleurs Ethernet sur la carte porteuse.

Une telle approche offre le moyen le plus commode pour éventuellement éliminer le recours à une nouvelle carte porteuse lors de la mise à niveau du processeur, en espérant qu'AMD développe des successeurs pour cette gamme de performance serveur.

Certes, cette approche n'offre pas une évolutivité totale des cartes porteuses pour tous les fabricants de processeurs. Mais sans ce compromis très pragmatique, les OEM ne seraient pas en mesure d'exploiter les processeurs AMD EPYC Embedded 7003 ou les futurs processeurs 9004 sur des modules COM-HPC prêts à l'emploi. Ils perdraient un excellent moyen de développer des serveurs edge innovants nécessitant une conception système dédiée pour une production en lots industriels.

Avec jusqu'à 64 cœurs et 128 threads, les processeurs AMD EPYC Embedded offrent des performances suffisantes pour développer des clouds temps réel pour une utilisation sur site ou des nœuds pour réseaux 5G capables de fonctionner en temps réel. Ces derniers sont actuellement très demandés pour les réseaux de campus industriels fixes ainsi que pour les réseaux mobiles universels pour les interventions en cas d’urgence et la sécurité.

Parmi les autres cas d'utilisation, on peut citer les plates-formes de stockage et d'apprentissage automatique en périphérie de réseau. Pour ces applications d'IA, de traitement du signal et de vidéo, l'abondance de voies PCIe génériques est bien plus importante qu'une abondance de canaux Gigabit Ethernet dédiés.

Les Computer-on-Modules COM-HPC Taille E (200 x 160 mm), tels que le modèle Advantech SOM-E780 (photo ci-contre), sont conçus exactement pour ces applications si la carte-mère micro-ATX standard de qualité serveur ne répond pas aux besoins des OEM.

Caractéristiques

Outre un brochage optimisé pour les processeurs EPYC, ces modules sont entièrement conformes aux normes COM-HPC et prennent en charge jusqu'à 79 voies PCIe Gen 4. Avec les cartes porteuses correspondantes, les développeurs peuvent utiliser jusqu'à quatre ports d'E/S à 16 voies, divisibles en canaux à huit ou quatre voies au choix. Ils peuvent également les utiliser pour tout type de contrôleur, d'accélérateur (IA) ou de communication optique/Ethernet jusqu'à 100 Go/s. Cela permet de déployer rapidement et facilement des serveurs modulaires pour des applications d'IA, de traitement de signaux ou de vidéo à haute performance et à haut débit.

Quatorze autres voies x1 sont disponibles, dont une réservée au contrôleur de gestion de carte (BMC) conforme à la norme COM-HPC.

Les périphériques de stockage de masse conventionnels peuvent être connectés via deux ports SATA 3.0. Les autres options comprennent 4 ports USB 3.2 Gen 1 et USB 2.0 chacun, un bus SPI, des GPIO 12 bits, deux ports COM, deux ports ventilateur SMART (un sur le module COM-HPC et un sur la carte porteuse), un temporisateur de chien de garde et un TPM 2.0 en option. L'alimentation est fournie par un connecteur ATX 5/12 V avec une précision de ±5%, et la conception robuste supporte jusqu'à 3,5 G de vibrations (5 - 500 Hz, axes x, y, z).

Doté de quatre banques de mémoire DDR4-3200 double canal, avec ou sans code de correction d'erreur (ECC), ce type de module peut contenir jusqu'à 512 Go de RAM.

(*) https://www.amd.com/system/files/documents/amd-epyc-7003-series-datasheet.pdf