COM Express Type 7 Basic

COM Express Type 7 Basic Module

COM Express Typ 7 – Industriestandard für Server-Module

Mit der Revision 3.0 wird für den erfolgreichsten Computer-on-Module Standard COM Express ein neuer Pinout Typ eingeführt, der Server-Anwendungen addressiert.

COM Express ist ein Computer-on-Module Standard des PICMG Konsortiums (www.picmg.org). Die erste Version dieser Spezifikation wurde 2005 veröffentlicht. In 2010 und 2012 wurde der Standard erweitert. Die Revision 3.0 definiert vier unterschiedliche Modulgrößen und drei Pinouts.

Das neue Typ 7 Pinout ist kein Ersatz für das bewährte Typ 6 Pinout sondern defineirt ein alternatives Pinout um Server-Applikationen zu unterstützen, die zwar nur eine geringe Leistungsaufnahme erlauben, aber dennoch hohe Rechenleistung und Kommunikationsdurchsatz erfordern. Im Vergleich zu COM Express Type 6 wurden beim Type 7 alle Audio- und Video-Schnittstellen weggelassen und stattdessen vier 10G Ethernet Ports und insgesamt 32 PCI Express Lanes spefiziert.

Gegenüber Typ 6 verzichtet die neue Typ 7 Definition auf sämtliche Audio- und Videoschnittstellen sowie die oberen vier USB 2.0 Ports, das ExpressCard Interface und die oberen zwei SATA Ports. Dadurch werden auf dem AB Konnektor 60 Pins und auf dem CD Konnektor 42 Pins frei. Diese 102 Pins plus einige vorher reservierte Pins werden nun genutzt, um zusätzliche PCI Express Lanes und vier 10 GB Ethernet KR Lanes inklusive einem kompletten Satz an NC-SI Sideband Signalen auszuführen.

Typ 7 COM Express Module bieten maximale Features:

    4x 10GBaseKR Ethernet mit NC-SI
    1x 1GB Ethernet
    32x PCI Express 3.0 Lanes
    2x SATA
    8x GPIO geteilt mit SDIO
    2x Serial geteilt mit CAN
    LPC bus geteilt eSPI
    SPI and I²C bus

10 GBit Ethernet

Zusätzlich zu dem bereits vorhandenen 1 GB Ethernet definiert das COM Express Typ 7 Pinout bis zu vier 10GBASE-KR Ports mit einer theoretisch maximalen Datenleistung von jeweils 10 GBit/s. 10GBASE-KR definiert Single Backplane Lanes (siehe auch IEEE 802.3/49), um nicht an vordefinierte physikalische Interfaces gebunden zu sein. Der PHY, der den physikalischen Transmission-Layer definiert, befindet sich nicht auf dem Modul, sondern muss auf dem Carrierboard implementiert werden. Erst die Implementierung auf dem Carrierboard definiert, ob die Daten per Kupfer- oder Lichtwellenleitungen übertragen werden. Um noch mehr Flexibilität zu erreichen, können sie als austauschbare SFP+ Module (Small Form-factor Pluggable) implementiert werden. Es ist auch möglich, die Performance mehrerer 10 GBit Ethernet Signale zu kombinieren. Vier 10GBASE-KR Lanes können in einen PHY für 40GBASE-KR4 zusammengefasst werden.

Das Featureset der COM Express 10GBASE-KR Interfaces sieht zudem einen per Software definierbaren Pin für jedes der vier Interfaces vor. Dieser physikalische Pin kann dabei als Ein- oder Ausgang konfiguriert werden und wird von dem korrespondierenden Ethernet-Controller gesteuert. Eine typische Anwendung ist die Implementierung eines hardwarebasierten Timing-Protokolls für leistungsfähige Echtzeitapplikationen.

NC-SI Ethernet Sideband Signale

Das Network Controller Sideband Interface (NC-SI) definiert sowohl das Protokoll als auch das elektrische Interface für den Anschluss eines Baseboard Management Controllers (BMC), der für ein Out-of-Band Remote Management benötigt wird. Dieses Interface wurde von der DMTF (Distributed Management Task Force, Inc. – http://www.dmtf.org) definiert und auf COM Express Typ 7 Modulen vollständig implementiert. NC-SI definiert die Verbindung zwischen dem Netzwerk-Controller und dem Out-of-Band Management Controller, der auf dem Carrierboard implementiert werden kann. Es regelt die Kommunikation zwischen Management Controller und externen Management Applikationen.

Massenspeicher Interface

Der Wegfall von zwei SATA Ports mag auf den ersten Blick verwirren, da Serverapplikationen stets nach einer hohen Massenspeicherkapazität verlangen. Allerdings zeigen aktuelle Technologietrends eindeutig, dass SATA-Festplatten zunehmend durch schnelle Solid State Disks (SSDs) ersetzt werden. Da SSDs aber viel schneller sind, werden die SATA-Schnittstellen zu einem Flaschenhals und durch NVMe abgelöst (NVM Express oder Non-Volatile Memory Host Controller Interface Spezifikation – NVMHCI, siehe auch www.nvmexpress.org), das PCI Express für die Anbindung von Massenspeichern nutzt. Typ 7 unterstützt diese Entwicklung eindeutig durch seine größere Anzahl an PCIe Lanes.

Die Vorteile von NVMe im Vergleich zu SATA

NVMe ist eine auf SSDs optimierte PCI Express Schnittstelle. Dieses logische Device-Interface wurde von Grund auf dafür entwickelt, die geringe Latenz und die internen parallelen Strukturen von Flash-Speichermedien voll auszunutzen. Das Ziel von NVMe ist die volle Performance von PCIe basierten SSDs zugänglich zu machen und PCIe für schnelle SSDs zu standardisieren. Die NVMe Spezifikation definiert für PCIe basierte SSDs ein optimiertes Register-Interface nebst Befehlssatz und Featureset. NVMe reduziert den I/O-Overhead und bietet zahlreiche Leistungsverbesserungen. Dazu zählen zahlreiche lange Command-Queues, eine verbesserte Interruptverarbeitung und geringere Latenzen. Für klassische Serverapplikationen sind NVMe-Massenspeicher als PCI Express Erweiterungskarten in Standardgröße erhältlich. In mobilen und Embedded Applikationen kommt in der Regel der M.2 Formfaktor mit bis zu vier PCIe Lanes zum Einsatz.

 

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