坚固的10 GbE基础设施设备

　　新的 COM Express Type 7 规范定义了支持多个 10 GbE 连接的高端服务器模块。这些模块简化并优化了恶劣环境中基础设施设备的设计，特别是在这些应用的特定尺寸、重量和功率限制方面。作为 COM Express 生态系统的一部分，嵌入式设计和制造供应商通过用于专用载板的应用就绪构建块以及快速原型设计服务来补充这一新标准。

　　许多坚固的应用领域对低延迟、高带宽网络和支持 10 GbE 的设备的需求不断增加：

　　移动广播设备需要处理不断提高的视频和声音分辨率

　　移动数据中心需要以最高数据速率管理多个移动客户端

　　5G 电信网络中的小蜂窝也有类似的任务

　　闭路电视视频监控应用需要支持人脸识别和运动跟踪

　　机器人技术通过视频识别和深度学习实现协作

　　通过分析来自各种高分辨率来源的数据，车辆变得自主

　　高端雷达、声纳、红外和视频传感器还在许多其他态势感知应用中产生大量有效载荷，包括几乎所有现代防御设备

　　所有这些系统都必须能够处理多处理器负载——有时甚至跨多个主机和网状网络环境，将标准从以前的 1 GbE 网络设备提高到现在的 10 GbE，并且都具有实时功能。标准的 19 英寸机架服务器对于这些应用程序来说太大、太重且太耗电。用于这些领域的 OEM 设备还需要更加坚固耐用，以承受恶劣的环境条件，包括 EMI、冲击和振动、极端温度和波动以及高湿度。它还需要专用于应用程序。这意味着需要完美定制的形状和功能集。系统必须去掉所有不必要的组件并避免额外的外部适配器或转换器，

　　适用于专用服务器的应用就绪超级组件

　　为了满足这些需求，PICMG 为服务器模块建立了新的 COM Express Type 7 规范。基于这一新标准的定制耐用型服务器和网络设备（包括耐用型云、边缘和雾服务器）的模块可实现高度灵活的设计，并使个性化设计的定制耗时大大减少，因为它们提供了一个应用就绪的计算核心独立于供应商的标准化外形尺寸。通过利用 COM Express Type 7服务器模块s，工程师还可以通过简单的模块更换，立即使用最新的处理器技术升级他们的设计。接口的定制在模块的载板上执行。诚然，在大多数情况下，这需要具有相应 NRE 成本的定制特定载板。但是，这样的 PCB 设计远没有构建一个完全定制的服务器主板复杂，该主板具有作为现成服务的模块附带的所有必需的逻辑实现。

　　服务器模块提供的逻辑是广泛的。请记住，尽管处理器供应商通过其半导体提供了一套全面的服务器级远程管理功能，但载板上通常还需要专用的板管理控制器 （BMC），例如支持带外远程管理。对于大多数 OEM 来说，花费大量精力从其他半导体组件额外收集 IP 以集成带外管理功能（例如 IPMI、MCTP 或特定应用所需的任何协议）是不合理的。

　　此外，实施远程管理并不是 OEM 面临的唯一任务。他们还需要构建完整的、完美定制的电路板支持包，包括在电路板控制器上管理标准化 API 的能力，以便应用程序可以最有效地从一个硬件平台扩展到下一代。因此，任何需要专用功能集来优化尺寸、重量、功率和成本（又名 SWAP-C）需求的高端耐用型服务器和 10 GbE 网络设备都最好配备应用就绪的超级组件，例如服务器端模块，这是工业级 OEM 定制设计的理想起点。

　　载板成为设计挑战

　　但只是拥有这样的服务器模块这还不够，因为大多数 10 GbE 基础设施的设备供应商不希望与硬件定制所需的载板设计有任何关系。他们必须处理更具挑战性的工程任务，以管理这个高端耐用计算领域不断增长的需求。因此，他们希望在硬件上花费尽可能少的时间，而是专注于客户解决方案。在大多数情况下，他们正在寻找能够提供专用载板和系统设计的平台供应商，并且需要尽可能少的额外设计工作。这种方法背后的原因不仅是为了节省 NRE 成本。它还受到对设计安全性需求增加的影响，因为供应商可以提供更多现成的应用程序构建块，

　　因此，如果几乎所有必需的构建块都已经在现场运行，那么为服务器模块提供嵌入式设计和制造服务的公司就最具说服力。设计考虑的早期阶段的一个关键参考点是用于 COM Express Type 7 的评估载板的可用性或准备好现场部署的现成可用载板。

　　一个例子是 Connect Tech 的 COM Express Type 7 载板（图 1-5），它支持扩展的温度范围（-40°C 至 +85°C），包括来自 SFP+ 模块的 2 个 10G 以太网、2 个 GbE 端口、M .2 NVMe 存储、4 个 USB 3.0、全尺寸和半尺寸 Mini PCIe 扩展槽、8 个 3.3V 缓冲 GPIO 以及通过 Micro USB 的控制台连接。这样的设计是应用就绪的，可以订购现成的，例如，配备最新的基于英特尔至强 D 处理器的高端服务器模块，或配备基于 Atom C3000 处理器系列的模块。 该平台在嵌入式服务器领域具有高度创新性，为最小的坚固服务器设计树立了新的标杆。该平台的尺寸仅为 125 毫米 x 95 毫米，尺寸与服务器模块。这使得构建一个成熟的坚固服务器成为可能，包括比两个堆叠的 3.5 英寸硬盘驱动器还小的冷却解决方案。如此高密度的封装几乎可以装在任何地方。要了解这是多么令人印象深刻，我们需要回顾一下英特尔至强 D 处理器具有多达 16 个内核的 32 个线程，并且可以支持多达 48 GB 的快速 2400 DDR4 内存。基于该处理器的服务器模块支持 2 个 10 GbE 以及多达 24 个 PCI Express Gen 3.0 通道和 8 个 PCIe Gen 2.0 通道。所有这些功能现在都可以放入一个小包中。

　　客户最信任经过验证的功能

　　如果一家公司可以通过为各种 OEM 成功设计和部署的定制特定载板设计功能的综合列表来补充此类产品，客户可以毫无疑虑地选择所需的功能，并将它们实施到自己的需求规范中。如果服务提供商有自己的制造能力，新 COM Express Type 7 设计的第一批样品可以在 6-12 周内轻松交付给 OEM。为实现快速实施和最高设计安全性，遵循 PICMG 设计指南中指定的 COM Express 载板设计规则的 ODM 可确保此类板可与任何 COM Express Type 7服务器模块一起部署。

　　原始设计和制造服务提供商 Connect Tech 是该行业公司的典范，因为他们专注于为各种模块标准（包括全新的 COM Express Type 7 规范）提供那些现成的和定制的载板。到目前为止，他们已经构建了数百个载板，这使他们成为 COM Express 生态系统的主要贡献者。他们的专长不仅在于模块提供的所有标准接口的客户特定设计，还在于支持各种其他板载接口和实现，包括用于数字信号处理的 FPGA 设计。该公司还提供基于 CUDA 和 OpenCL 的并行处理解决方案方面的深入专业知识，使用通用图形处理单元 （GPGPU） 进行并行计算和最新的机器学习环境。就前面讨论的服务器带外管理需求而言，他们在该领域的设计专业知识也有助于为服务器级载板提供最需要的构建块之一，这使得任何标准设计都更加复杂。让我们明确一点：设计载板模块上的服务器 不是任何可以为模块上的计算机设计载板的人的工作。这项技能还需要专门的服务器级硬件设计专业知识，尤其是在高速信号通道路由方面。

　　审核编辑：郭婷