隨著資料傳輸量的增加，「邊緣運算」已經成為實現資料管理和運算過程中，顯著且有效率的關鍵性解決方案，對這種解決方案的需求也在逐年增加。因此PICMG對著手定義了更新一代的工業電腦模組標準「COM-HPC」。

COM概念發表20餘年以來，在高品質、高性能運算平台的開發和製造方面，為了讓導入的業者快速提升競爭力，COM降低了設計新載板所需要的時間和精力，也成功擴展到包括圖形密集型、行動式、交通、醫療設備、軍工、電信等眾多應用。近年來隨通信技術的快速發展和人工智慧、邊緣運算等概念的引入，以及 PCIe介面標準的進一步演進，COM朝向高性能運算方向推進已是大勢所趨。

CoM或SoM是一種小型的即用型運算解決方案，由獨立於應用程式的硬體和軟體組成，可用於開發任何嵌入式產品。從軟體的角度來看，包括了操作系統，設備驅動程式和關聯的BSP(圖1)。

圖1 : COM朝向高性能運算方向推進已是大勢所趨?（source：凌華）

一般而言，期望導入CoM的目的，不外乎包含了下述4個期待。1. 加快讓產品導入市場：可以專注於開發產品的特定於應用程序的部分。讓CoM進行基本的通用電路。2. 經過驗證的解決方案：透過CoM供應商可靠的解決方案，可降低開發風險。3. 優化產品開發成本：利用現成的CoM經濟規模，來降低開發成本。4. 獲得最新技術：藉由CoM供應商所開發的先進技術（SOC、記憶體），來開發出更具競爭力的產品。

必須有一個高性能的運算平台來實現巨量資料的傳輸

今天整個產業界都在關心邊緣運算對物聯網的影響，更進一步的說，如果業者能夠在雲端運算和邊緣運算之間，提供正確功能和資源配置的物聯網架構與嵌入式平台，這將會因為其性價比和穩定性，成為物聯網時代的主流。根據市調機構的研究，到2023年時，將有75%的資料會在數據伺服器之外，被建立和產生，而其中超過50%的資料將在邊緣進行處理、儲存和分析。具體來說，大約是45 Zetta Bytes的資料，這比2019年全球產生的資料總量還要多。也就意味著數據伺服器的性能必須在邊緣環境中擴散。當然，實現這一點說起來容易做起來難。

在雲端運算中，可以透過網路儲存和分析最終用戶的特定目的，進行大量數據上傳，因此收集和處理數據的能力，對雲端伺服器就顯得非常重要。另外，在各種應用中，為了解決需求和問題，雲端交換的通信資料不斷被收集、儲存和分析。這些大量資料的傳輸和分析，相當需要安全和強大的雲端機制，因此必須有一個高性能的運算平台來實現巨量資料的傳輸。

邊緣運算是一個快速發展的領域，需要前所未有的性能。到目前，高階嵌入式多核處理器的系統記憶體需求都在迅速增長。當記憶體需求接近128 GB或256 GB時，目前常見的規格（例如COM Express）已經無法有效解決性價比的困難。

對於現今這一個領域來看，COM-HPC將是物聯網市場上的首款產品，因為其優異的性價比和穩定性，相當有望成為未來物聯網時代的主流解決方案。

由PICMG所開發的嵌入式模組標準「COM Express」已經使用了10多年，也因為各方面需求不斷的增加，因此在2017年更開發了COM Express Type7。

接下來，因為隨著資料傳輸量的增加，「邊緣運算」已經成為實現資料管理和運算過程中，顯著且有效率的關鍵性解決方案，對這種解決方案的需求也在逐年增加。因此PICMG對於市場上這些的需求，又著手定義了更新一代的工業電腦模組標準「COM-HPC」(圖2)。COM-HPC規格將免費提供給PICMG會員，非會員可以750美元的價格購買使用。

圖2 : PICMG為了滿足市場的需求，又定義了COM-HPC。（source：Adventech）

COM-HPC的六大特點

與COM Express相比，COM-HPC具備了更高的性能水準，並採用創新的設計來滿足高階運算的需求。而這項由PCI工業電腦製造商協會所(PICMG)所主導開發的最新模組規格，已經到了最後的階段，預計這個新一代的模組規格，可以滿足最高效能工業邊緣運算市場的需求。COM-HPC並不是取代COM Express，而是在擴展COM Express的成功(見圖表3)。

圖3 : COM-HPC與COM Express的規格比較。(source：kontron)

邊緣運算是一個快速發展的領域，不斷需要更先進的效能來支持成長。所以在可預見的未來，高階嵌入式多核處理器的系統記憶體需求，都將呈現快速成長。但是當記憶體需求接近128 GB或256 GB時，目前常見的規格（例如COM Express）是無法達到高經濟效率，這也就是為什麼需要COM-HPC的原因。

COM-HPC定義了五種尺寸，最多允許在板載上放置八個DIMM插槽，做為伺服器模組之用。除了更快、更好、更便宜之外，COM-HPC還實現了與廠商和架構所需的多規格介面，例如，用eSPI取代LPC，使非x86架構可以輕鬆地整合到COM-HPC中。

COM-HPC的特點包括了：

● 支援運算密集型平台

COM-HPC支援TDP高達150W的處理器。這些規格不僅與最新的高密度處理器相容，後者可提供約110W的16個運算內核，而且在未來10年內將支援更多的內核，預計未來十年需要將支援更多的處理器，因此預留了30～40W的空間，作為未來擴充設計的準備。

● 最大記憶體容量

高性能嵌入式多核處理器對記憶體的要求呈指數級成長，因此，平台必須支援足夠的記憶體，以達到預期的最大性能水準。 COM-HPC最多可實現8個DIMM，提供高達512GB的記憶體容量，以支援最新、最主流的記憶體解決方案。另一方面，隨著記憶體技術的進步，COM-HPC更能夠支援更大的記憶體容量。

● 高頻寬介面

COM-HPC最多可提供64條通用PCIe通道，和一條專用於連接到IPMI BMC（載板）的PCIe通道。使得COM-HPC可以支援比COM Express更寬廣的鏈接頻寬，例如4個PCIe x16或8個PCIe x8。還可暫時支援PCIe Gen 4.0，但隨著最新高密度和高速連接器的出現，也將能相容於PCIe Gen 5.0。

另外，COM-HPC也支援最常用的USB介面，最多可提供4個USB 4介面，能夠傳輸高達20Gbit的資料。透過COM-HPC的8個10GbE埠，可利用乙太網路和外界連接，這已經相當於兩個100GbE埠。

● 模組尺寸

COM-HPC規格中定義了五種模組尺寸(圖4)。 最大的是E尺寸，為200mm x 160mm，E尺寸可以安裝8個DIMM。 另一方面，最小的模組板尺寸是為了作為使用SO-DIMMs，或焊接板載記憶體的用戶端平台，開發業者可以選擇最適合自己應用需求的尺寸模組。

圖4 : COM-HPC板尺寸。(source：PR TIMES)

● 功能集(Feature Set)和針腳(Pinout)

該規格支援兩種不同功能集的針腳，COM-HPC的伺服器型和用戶端型。伺服器端功能集作用在於進行密集型資料處理和連接，具有多達64條通用PCIe通道，和8個10GbE埠。而用戶端則是針對一般應用，包括了多個顯示和音訊介面以及MIPI-CSI攝影鏡頭介面。 這兩個功能組都使用了主連接器（J1），和副連接器（J2）。不過如有必要時，可以不使用第二個連接器，這會有助於整體成本結構，因為在特殊的應用下，例如不需要完整功能集的用戶端實現時，重要的和基本的功能，都已經被分配給主連接器(J1)。

● 最新的高密度和高速連接器

COM-HPC也定義了一個400接腳、32GT/s（PCIe Gen 5）相容的連接器(圖5)。 在一般典型的應用中，每個COM-HPC模組的底部提供了兩個載板對載板的連接器，一個是主連接器(J1)，一個是副連接器(J2)。 從模組到載板的預設高度是10 mm，但可以透過使用不同高度的連接器將其改為5 mm。

圖5 : COM-HPC定義了400接腳的連接器。(source：Kontron)

COM-HPC連接器還採用了SAMTEC的Edge Rate接觸系統，可提供1mm的接觸點。Edge Rate是一種堅固的觸點，專為COM-HPC等高速、高頻寬平台而設計。觸點定位在塑膠體中，以最大限度地減少平行表面積，降低寬邊耦合和串擾。邊緣速率觸頭還針對 50 Ω 參考和 100 Ω 差分信號類型進行了設計、模擬和優化。

此外，COM-HPC連接器採用2.2 / 2.4 / 2.2 mm的行間距。增加的中心行距使PCB設計人員有更大的空間來路由差分信號。此外，隨著空間的增加，以及在差分信號周圍增加更多接地孔的能力，串擾也得到了改善。稍後會有更多關於這個主題的內容。

從2020年底開始，已經有業者陸續發表符合最新COM-HPC標準的電腦模組產品，並且配合其他硬體廠商的推動、產品開發以及帶動市場需求，相信兩年內可達到成為市場主流規格的目標。

從另一個角度來看，COM-HPC並不會取代COM Express，而是一種延伸和拓展，向邊緣伺服器和多功能邊緣用戶端解決方案的方向發展，來解決新的介面需要面臨的更高信號頻率，以及信號集成度的挑戰。相信到目前為止COM HPC已是最高性能的標準，並將引領工業電腦模組朝向新的世代發展。

**刊頭圖(source:congatec)