高端嵌入式处理器两种计算机模块外形提供不同选择

　　多年来，高端嵌入式处理器首次提供两种计算机模块外形选项，即COM-HPCClient和COM ExpressType 6。第 11 代智能酷睿处理器（代号为 Tiger Lake）的到来为开发人员提供了决定哪种外形尺寸最符合其项目要求的机会。

　　新问题

　　COM Express在高端嵌入式计算领域占据主导地位。但是，现在COM-HPC的到来给任何评估下一个高端嵌入式项目的人提出了新的问题。一个问题是COM Express和COM-HPC是否相互竞争。答案是否定的，因为它们的规格旨在相互补充，这就是为什么两种外形都支持第 11 代英特尔酷睿处理器的原因。

　　另一个问题是，既然两种外形尺寸都是选项，是扩展现有的COM Express投资，还是切换到新的模块标准，同时还需要设计新的载板。规模或切换决策与迄今为止依赖COM Express的开发人员尤其相关。他们可能还会想：COM-HPC的开始是否也预示着COM Express的终结？COM Express 将持续提供多长时间？我是否必须立即切换到 COM-HPC，还是可以等待？另一个考虑因素是切换到 COM-HPC 将如何影响 OEM 和客户的竞争地位。要回答这些问题，重要的是要知道 COM-HPC 客户端模块必须提供什么，以及它们与 COM Express Type 6 模块有何不同。

　　基本型和尺寸 A：仅存在微小的占地面积差异

　　COM-HPC 客户端与 COM Express Type 6 一样，是 PICMG 计算机模块规范。它是新的 COM-HPC 标准的一部分。这也指定了 COM-HPC 服务器模块，但本文不需要进一步考虑这些模块，因为它们是面向服务器的无头的，而 COM-HPC 客户端模块（如 COM Express Type 6 模块）支持图形。COM-HPC 客户端模块具有三种封装，分别是 120 mm x 160 mm（尺寸 C）、120 mm x 120 mm（尺寸 B）和 120 mm x 95 mm（尺寸 A）。因此，最小的 COM-HPC 占用空间几乎与 COM Express Basic 的 125 mm x 95 mm 相同.COM 95 mm x 95 mm 的 Express Compact 的紧凑度提高了约 21%。由于 COM-HPC Size A 外形尺寸仅比 COM Express Basic 小 4%，因此从 COM Express Basic 更改为 COM-HPC Size A 在占用空间方面没有问题。

　　较大的大小 B 和大小 C 的 com-hpc 客户端模块大小使得这些模块通常位于 COM Express Type 6 模块之上，因此可以解决无法使用 COM Express 实现的高性能应用程序。

　　使用 COM Express Basic 来集成比 COM Express Compact 上更强大的处理器的开发人员可以选择 COM-HPC 客户端大小 A 外形规格。但是，COM Express Compact 大小布局没有 COM-HPC 客户端选项。这清楚地表明，这两个规格是互补的选择。

　　COM-HPC 指定更高的 TDP

　　正如与COM Express相比，它们提供更大的占用空间选项一样，COM-HPC模块通常也允许更高的功率预算。凭借高达 200 瓦的热设计功率 （TDP），COM-HPC 客户端模块的当前性能大约是最强大的 COM Express Type 6 的三倍。与COM Express Basic相比，在137瓦TDP的上限下，COM-HPC客户端TDP高出46%。对于现在或长期需要比COM Express允许的更多的TDP和处理器能力的开发人员来说，COM-HPC是必须的。

　　COM-HPC Size A 模块，例如采用第 11 代英特尔酷睿处理器的全新 15 瓦 conga-HPC/cTLU，将与以前的 COM Express 模块的性能范围更具可比性。此外，COM Express 设计人员会发现 COM-HPC 具有提供比 COM Express Type 6 更多的数据带宽的优势，这从信号引脚的数量中可以明显看出。

　　引脚数量几乎翻倍，带宽增加

　　COM Express Basic Type 6 和 COM-HPC 客户端大小 A 之间的另外两个主要区别是连接器和将模块连接到特定于应用的载板的信号引脚数量。与COM Express一样，COM-HPC基于两个连接器，但现在每个COM HPC连接器都有400个引脚。两个 COM Express 连接器各有 220 个引脚。扩展到 800 个信号引脚，可以连接大约 80% 以上的接口。

　　COM-HPC 连接器专为最新的高速接口而设计，还兼容 PCIe 5.0 和 25 Gb/s 以太网的高时钟速率。COM Express 目前仅在兼容模式下扩展到 PCIe Gen 3.0 和 PCIe 4.0，这使得连接器成为限制因素。但是，正在努力将COM Express连接器替换为机械完全兼容但电子功能更强大且与PCIe 4.0兼容的连接器。这种连接器的更换预示着COM Express的未来。

　　内存容量取决于占用空间

　　COM-HPC和COM Express都使用SO-DIMM或焊接内存来获取RAM容量。如前所述，COM Express Basic 和 COM-HPC 客户端大小 A 的占用空间仅略有不同。COM Express Basic已经表明，RAM容量目前最高为128 GB，因此考虑到大小A与COM Express Basic的接近程度，大小A的RAM容量将相似。

　　设计需要更多 RAM 的开发人员必须使用更大的外形尺寸。尽管COM Express确实指定了高于基本外形尺寸的更大模块，但实际上这些模块实际上无关紧要。因此，预计更大的模块将主要基于COM-HPC标准开发。这很可能很快就会发生，因为 COM-HPC 服务器模块解决了最高至中等性能服务器类的解决方案，这些服务器类永远没有足够的 RAM。它们可以容纳八个成熟的 SO-DIMM 内存模块，因此目前提供高达 1.0 TB 的 RAM。比较新推出的Tiger Lake UP3 COM Express Type 6 Compact和COM-HPC客户端大小A模块，后者提供更多内存。但是，这种更多内存的潜力尚未得到利用;两个模块都提供两个 SO-DIMM 插槽，用于 3200 MT/s 和 32 GB DDR4。因此，总共有64 GB内存。这种未使用潜力的原因很简单：老虎湖UP3无法支持更多。在所有其他条件相同的情况下，由获得更多RAM的需求驱动的变化总是意味着选择比COM Express Basic或COM HPC Size A更大的外形尺寸。然而，随着内存密度的不断提高，RAM容量不太可能成为未来目标多用途应用的限制因素。

　　相同的图形，新的音频

　　两种标准的图形支持也相同。COM-HPC 客户端和 COM Express Type 6 都通过三个数字显示接口 （DDI） 和一个嵌入式显示端口 （eDP） 支持多达四个显示器。对于多媒体接口，COM-HPC 用 SoundWire 取代了以前由 COM Express 提供的 HDA 接口。SoundWire是一种新的MIPI标准，只需要两条线路，工作频率高达12.288 MHz。 最多可以通过这两条线路并行连接四个音频编解码器，每个编解码器接收自己的ID以进行评估，这对于声音发挥重要作用的应用来说是一个加分项。

　　PCIe 和千兆以太网支持

　　COM Express Type 6 模块最多有 24 个 PCIe 通道，而 COM-HPC 客户端模块中有 49 个。保留一个 COM-HPC 客户端 PCIe 通道，用于与载板的主板管理控制器 （BMC） 进行通信。

　　COM-HPC 客户端模块规范还提供两个 25 GbE KR- 和最多两个 10 GbE BaseT 以太网接口的直接连接。COM Express Type 6 最多支持 1x1 GbE，但可以通过 PCIe 连接其他网络接口并通过载板执行。然而，该规范的这种全部潜力并没有被今天的第 11 代英特尔酷睿处理器耗尽。

　　两个模块均提供 PCIe x4 Gen 4 接口，用于与外围设备的极高带宽连接。此外，开发人员还可以将 8 个 PCIe Gen 3.0 x1 通道与两个模块一起使用。因此，在这方面没有与处理器相关的差异。但是，COM-HPC 模块提供 2 个 2.5 GbE 本机连接，而 COM Express 模块仅本机支持 1 个 GbE。因此，COM Express 设计人员必须承担获取载板组件的费用，以产生与 COM-HPC 模块相同的 GbE 功能。

　　这两个模块还支持时间敏感网络（TSN），以便通过以太网进行实时通信。因此，除了 2.5 GbE 仅适用于 COM-HPC 模块之外，PCIe 和 GbE 的差异目前并不那么显着。

　　高 USB 带宽和本机相机支持

　　COM-HPC 客户端专为更快的新 USB 标准而设计，可指定多达 4 个 USB 4.0 接口，并辅以 4 个 USB 2.0。另一方面，COM Express Type 6模块可以执行多达4个USB 3.2和8个USB 2.0。与COM Express Type 6模块相比，COM-HPC客户端的USB 2.0端口少了四个，但由于USB 4.0传输速率为40 Gbps，因此提供了更大的带宽。

　　COM-HPC 本机支持最多两个 MIPI-CSI 接口。除了经济高效之外，这两个接口还可以轻松集成相机，用于多种应用类型并实现3D视觉。具有两个MIPI-CSI接口的模块的潜在用例包括用户识别、手势控制和用于维护的增强现实。其他可能性包括视频监控和光学质量保证、自动驾驶汽车和协作机器人的态势感知。因此，MIPI-CSI接口支持是COM-HPC的明显优势。conga-HPC/cTLU提供这两个MIPI-CSI接口。此外，conga-HPC/cTLU 还包括 – 在 Tiger Lake UP3 中扩展的 x86 指令集 – AI/DL 指令集、矢量神经网络指令 （VNNI） 支持以及新处理器集成英特尔 Xe 显卡（第 12 代）的多达 96 个执行单元的功能。

　　COM-HPC还提供2个SATA接口来连接传统的SSD和HDD，以及2个UART和12x GPIO等工业接口。2x I2C、SPI 和 eSPI 完善了该特性集。总而言之，COM-HPC客户端功能与COM Express Type 6模块的功能相当，尽管后者提供了CAN总线支持选项。

　　经验表明，不要急于转换

　　上述COM-HPC客户端和COM Express Type 6的异同表明，至少在未来3-5年内，大多数设计都将得到COM Express的良好服务。该预测的另一个因素是 COM-HPC 客户端不会引入新的系统总线。这与以前从ISA到PCI以及从PCI到PCI Express的变化不同。在这里，绝对有必要定义一个新的引脚排列。同样值得记住的是，COM Express模块直到2012年才取代ETX模块成为最畅销的模块 - 在ETX推出11年后 - 以及COM Express推出七年后。ETX模块今天仍然可用。PCIe 世代向后兼容，即使在所有处理器级别建立 PCIe Gen 4.0 之后，PCIe Gen 3.0 设计也能长期存在。如果设计的接口规格和带宽足够，则绝对无需切换。

　　谁应该选择COM-HPC？

　　所有需要模块本机支持的以下一个或所有接口的用户都必须切换到 COM-HPC：全 USB 4.0 带宽、2.5 GbE、SoundWire 和 MIPI-CSI。那些希望将来需要更多或更高性能的PCIe或以太网接口（高达25 GbE）的人也应该优先考虑COM-HPC 此外，高性能系统的开发人员可能要考虑使用一种标准时更容易缩小规模 - 这是在COM-HPC中实现所有内容的论据。否则，座右铭是：“永远不要改变正在运行的系统。至少不是因为COM Express可以使用全新的，符合PCIe 4.0标准的连接器。

　　边缘服务器模块的远程管理即将到来

　　作为COM-HPC发布的一部分，还计划扩展远程管理界面。PICMG远程管理小组委员会目前正在开发该接口。目标是使复杂的智能平台管理接口 （IPMI） 功能集的减少部分可用于边缘服务器模块的远程管理。借助这一新功能集，OEM 和用户将能够轻松确保服务器级的可靠性、可用性、可维护性和安全性 （RAMS）。在载板上实施的板管理控制器可以将远程管理功能扩展到单个载板，并根据需要进一步满足系统需求。这为 OEM 提供了一致的远程管理基础，他们可以根据自己的要求进行修改。

　　结论

　　随着数字化的发展，COM Express在现有的性能水平上拥有美好的未来。COM-HPC（高性能计算）可以满足各种即将推出的计算密集型应用，在这些应用中，带宽密集型数据流必须在紧凑的边缘设备中处理。

　　审核编辑：郭婷