COM-HPC：面向模块化嵌入式系统的下一代开放标准

嵌入式计算即将采用 COM-HPC，这是模块化系统设计的下一代开放标准。因其架构复杂且常被误解，清晰指导至关重要。

利益相关者从两个视角审视 COM-HPC。嵌入式边缘服务器社区视其为高性能、坚固工作负载平台，而现有 COM Express 用户关注客户端模块及其演进。他们质疑是否应立即过渡，以及新标准带来何种实质收益。

面向嵌入式服务器的开放标准平台

高性能 Computer-on-Module 标准简史

由于 Computer-on-Module (CoM) 标准开放且厂商无关，基于它们的产品享有数十年生命周期。OEM 至今仍可订购传统 ETX 模块，基于 PCIe 的标准通过向后兼容性承诺更长久的相关性。

COM-HPC Server 是面向恶劣环境模块化嵌入式机架和箱式服务器设计的首个真正开放标准。在当今经典服务器格局中，应用就绪处理器模块仍鲜少利用，但它们解锁显著优势。

通过在单一标准化模块中提供处理器、内存和高速接口，设计师可专注于根据精确尺寸和 I/O 需求定制载板。这种方法简化设计时间、实现快速上市并降低生产成本——特别是小批量产品原本全定制设计成本高昂。

升级时仅更换模块，成本可较更换整个 1U 或 3U 机架系统降低约 50%。结果是更可持续的投资和产品生命周期内更长的投资回报。

除通用优势外，COM-HPC Server 引入此前此外形规格无法实现的技术改进。规范不限于 x86 CPU；明确支持 RISC 处理器、FPGA 和 GPGPU。搭载这些替代计算单元的首批样品在 Embedded World 2023 展出。

首次，OEM 可在单一官方指定生态系统内设计异构服务器架构，结合多种计算和加速器类型。规范还定义了模块从模式，为设计师集成传统组件提供更多灵活性。

COM-HPC Server 模块面向需要下一代处理器高性能算力的边缘和雾计算服务器。最大 300 W 功率预算，标准承诺性能远超当今 100 W 限制的 COM Express Type 7 模块。结合下一代 CPU 预期性能飞跃，COM-HPC 有望处理巨大服务器负载。

大尺寸外形简化散热并支持强劲 CPU 或 FPGA。COM-HPC Server 提供两种规格：Size E（200 mm × 160 mm）最多八个 DIMM 插槽支持 1 TB 内存，Size D（160 mm × 160 mm）四个 DIMM 插槽支持 512 GB。下图展示两种尺寸。

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图 1：COM-HPC Server 规定两种规格——Size E 最多八个 DIMM 插槽支持 1 TB 内存，Size D 四个插槽支持 512 GB。连接器布局不同以防误装（来源：congatec）

扩大规格允许全尺寸 DIMM 模块，提供微型、边缘和雾计算服务器所需带宽和容量。Size E 支持最多 8 个 DIMM（约 1 TB），Size D 支持最多 4 个 DIMM（约 512 GB）。

COM-HPC Server 定义 8 个 25 GbE 端口和 65 条 PCIe 通道（Gen 4.0/5.0）。一条通道保留给可选板载管理控制器；其余 64 条馈送外围设备，实现高达 256 GB/s 的 I/O 吞吐量。

凭借广泛 I/O 矩阵，COM-HPC Server 可托管加速器——GPGPU、FPGA、ASIC——以及 NVMe 存储。两个 USB 4.0（40 Gb/s）端口基于 Thunderbolt 3.0 接口，两个 USB 3.2（20 Gb/s）端口补充 PCIe 通道，额外 USB 2.0、SATA、eSPI、SPI、SMB、I²C、UART 和 GPIO 接口完成功能集。专用 10 GbE 端口支持远程管理。

COM-HPC 引入专用系统管理接口，由 PICMG 远程管理分委会开发。它带来源自 IPMI 的远程边缘服务器模块管理功能，包括可靠性、可用性、可维护性和安全性 (RAMS)。OEM 可通过载板上可选的板载管理控制器扩展功能。

COM-HPC Client——更大、更快、更多

COM-HPC Server 面向新型嵌入式边缘服务器设计，而历史上基于 COM Express Type 6 的“经典”高性能嵌入式系统仍主导许多市场。OEM 自然询问 COM-HPC 是否会使现有设计过时、何时切换、以及能为客户带来何种收益。

三种尺寸

两标准均定义三种模块尺寸。COM-HPC Client 使用 120 mm × 160 mm（Size C）、120 mm × 120 mm（Size B）和 120 mm × 95 mm（Size A）。最小规格与 COM Express Basic（125 mm × 95 mm）近乎相同，表明 COM-HPC 定位高于 COM Express，面向超越其能力的应用。

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图 3：COM Express 与 COM-HPC Client 共享三种规格；最小 COM-HPC Size A 与 COM Express Basic 几乎相同，说明 COM-HPC 更高定位（来源：congatec）

更大功率

规范允许 200 W 功率预算——约为当今最强 COM Express Type 6 模块的三倍。两标准均支持 SODIMM 或焊接内存；COM-HPC Client 可容纳最多四个 SODIMM 插槽，实现更大内存容量，而 COM Express 已支持高达 96 GB。

更多更快接口

两标准关键差异在于连接器和引脚数。COM-HPC Client 引入 400 引脚连接器（双连接器共 800 引脚），近乎 COM Express Type 6 的 440 引脚两倍。额外引脚容纳更多 PCIe 通道、更高速以太网和额外 USB 端口。

COM-HPC Client 向载板提供 49 条 PCIe 通道——为 COM Express Type 6 的 24 条两倍——其中一条保留给板载管理控制器。两个 25 GbE KR 以太网端口和最多两个 10 Gb Base-T 端口直接集成于模块。相比之下，COM Express Type 6 提供单个 1 GbE 端口，可选额外接口在载板上。

图形与音频

两标准均支持通过三个 DDI 端口和一个嵌入式 DisplayPort 驱动最多四个显示器。COM-HPC 用基于 MIPI 的 SoundWire 替代 HDA 音频接口，仅需两条通道（时钟和数据）即可支持最多四个音频编解码器。

USB 带宽与 MIPI-CSI

COM-HPC Client 提供四个 USB 4.0 端口（40 Gb/s）和四个 USB 2.0 端口，聚合带宽高于 COM Express Type 6 的 4×USB 3.1 和 8×USB 2.0。还新增两个 MIPI-CSI 接口用于低成本摄像头连接，适用于态势感知和协作机器人。

其他接口与 COM Express 相同：两个 SATA 端口、2×UART、12×GPIO、2×I²C、2×SPI 和 eSPI。COM Express 连接器包含可选 CAN 总线，COM-HPC 无此功能。

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图 4：COM-HPC Client 与 COM Express Type 6 接口主要差异在于 PCIe 通道数、以太网端口、USB 端口及待定远程管理支持（来源：congatec）

使用 COM Express 的 OEM 可放心，该标准还将维持多年。PCIe 代际向后兼容，基于 Gen 3.0 的设计在 Gen 4.0 到来后长期仍可维护。若当前接口规格满足需求，无紧迫迁移必要。

若应用需求超过 32 条 PCIe 通道、全带宽 PCIe 4.0、多个 25 Gb/s 以太网端口或高级远程管理功能，COM-HPC 为合理选择。否则，“勿动运行良好的系统”谚语依然适用。