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【ホワイトペーパー】COM Express Type 6 とCOM-HPC Client

ホワイトペーパー

新しいCOM-HPC Client規格をCOM Express Type 6 と比較して解説しています。

【ホワイトペーパー】COM Express Type 6 とCOM-HPC Client
このホワイトペーパーは、新しいCOM-HPC Client規格をCOM Express Type 6 と比較して解説しています。
新しいCOM-HPC ClientとCOM Express Type 6の2つのコンピュータ・オン・モジュール フォームファクタが利用可能な、ハイエンド組込みプロセッサの新時代がやってきました。そして第11世代インテル Core プロセッサ(以前のコードネームは Tiger Lake)の登場により、プロジェクトの要件に最適なフォームファクタを選択できるようになりました。

キーワード:PICMG, COM-HPC, Client, COM Express Type 6, 第11世代インテル Core, Tiger Lake, 高速インタフェース, リモートマネージメント

このカタログについて

ドキュメント名 【ホワイトペーパー】COM Express Type 6 とCOM-HPC Client
ドキュメント種別 ホワイトペーパー
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ホワイトペーパー COM Express Type 6 と COM-HPC Client
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1 COM Express Type 6 とCOM-HPC Client COM Express Type 6 と COM-HPC Client 新世代の組込みプロセッサ 新しいCOM-HPC® ClientとCOM Express® Type 6の2つのコンピュータ・オン・モジュール フォームファクタ が利用可能な、 ハイエンド組込みプロセッサの新時代がやってきました。 そして第11世代Intel® Core® プ ロセッサ(コード名:Tiger Lake)の登場により、 プロジェクトの要件に最適なフォームファクタを選択でき るようになりました。 検討事項と懸念事項 今日までCOM Expressは、 コンピュータ・オン・モジュールを使ったシステムのハイエンド組込みコンピュ ーティング分野を独占していました。 しかし、 COM-HPCが登場したことによって、 ユーザは今後のハイエ ンド組込みプロジェクトに関して多くの疑問を持つようになりました。 まず最初の難問は、 どのプロセッサ を選択するべきなのかを理解することです。 しかしこの問題は、 今ではこれまでになく簡単に解決するこ とができます。 それは、第11世代Intel® Core® プロセッサ(コードネーム:Tiger Lake)のハイエンド組込み プロセッサが2つのコンピュータ・オン・モジュール フォームファクタ、 COM -HPC® ClientとCOM Express® Type 6で利用可能になったためです。 COM Express BasicとCOM-HPC Size Aとの比較と対比 COM-HPC Clientのフォームファクタは COM Expressと同様に、 PICMGによるコンピュータ・オン・モジュー ルの規格です。さらにガイドラインでは、 COM-HPC Serverモジュール独自の仕様を定義しています。 しか し、このモジュールはヘッドレスでサーバ向けのため、ここでは説明しません。 一方、 COM-HPC Clientモジ ュールは COM Express Type 6モジュールのように、 グラフィックスをサポートしています。 COM-HPC Client モジュールには、 120 mm x 160 mm(Size C)、 120 mm x 120 mm(Size B)、 および120 mm x 95 mm(Size A)の3つの形状があります。 ここで COM Express Basicが125 mm x 95mmなので、 COM-HPC Size Aとほ ぼ同じ大きさです。 COM Express Compactは、95 mm x 95 mmなので、ほぼ21%もコンパクトです。 した がって、COM Express BasicからCOM-HPC Size Aへのアップグレードは、 COM Express Basic がわずかに 4%大きいだけなので簡単な作業です。 COM-HPC Clientモジュールの、 より大きな Size B や Size Cは、 COM Express Type 6モジュールよりもさらに高いパフォーマンスクラスをカバーし、 COM Expressと互換 性のない高性能アプリケーションのニーズに応えます。 これまで COM Express Basicを使っていたユ ーザは、いつでも COM-HPC Client Size Aフォ ームファクタを選択することができます。 しか しながら、 COM Express Compactサイズの場 合には COM-HPC Client の選択肢が存在しな いことに注意してください。 これは明確に2つ の規格が置き換えではなく、 互いに補完する ということを示しています。 熱設計電力(TDP)の高いCOM-HPC COM-HPC モジュールは、 形状が大きいこと に加えて、 COM Express よりも高い消費電力 をサポートすることができます。 COM-HPC モ ジュールの熱設計電力(TDP)が最大200ワッ COM-HPCクライアントは、COM Expressと同様に3種類のフットプリントが用意されています。COM-Express トに達することを考えると、 137ワットの TDP はCOM-HPCクライアントのサイズAよりもわずかに小さいため、ユーザーは簡単にアップグレードすること ができます。
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2 COM Express Type 6 とCOM-HPC Client を超えることができない COM Express Type 6に比べて電力エンベロープはほぼ2倍になります。 これによ り、 COM-HPC の TDP は46%も高くなります。 したがって、現在COM Expressがサポートできない、 より強 力なプロセッサ(より高いTDP)を探しているユーザは、 COM-HPC への移行を検討する必要があります とはいえ、 第11世代のIntel Coreプロセッサを搭載した最新の15ワットconga-HPC/cTLUなどのCOM-HPC Size Aモジュールは、 以前のCOM Expressモジュールと同程度のCPUパフォーマンスで動作します。 さら に、次のセクションで説明するように、 COM-HPCの信号ピンの数はほぼ2倍のため、 現在のCOM Express Type 6が提供できる帯域幅よりも大幅に広い帯域幅を確保でき、 非常に便利だということに気付くでしょ う。 信号ピン数と帯域幅を増した COM-HPC COM Express Basic Type 6とCOM-HPC Client Size Aでは、モジュールをキャリアボードに固定するコネク タと信号ピンの数が異なります。 COM ExpressとCOM-HPC共に2つのコネクタがありますが、 COM-HPC の各コネクタは400ピンあり、 COM Expressの各コネクタは220ピンしかありません。COM-HPCにおけるこ の大幅なピンの追加による合計800の信号ピンによって、 約80%多くのインタフェースをスムーズに接続し ます。 さらに、 COM-HPCコネクタは高速インタフェース用に設計されているため、 PCIe 5.0 や25 Gb/sイーサネ ットの高いクロックレートで適切に機能します。 一方、 COM Expressではコネクタがの主要な制約になっ ており、適しているインタフェースは PCIe Gen 3.0、 およびPCIe 4.0の互換モードまでになります。 しかし、 COM Expressのコネクタを、 機械的には完全に互換性があり、電気的にはより強力でPCIe 4.0と互換性の あるコネクタに置き換える努力がなされています。 この目標が実現すると、 COM Express に関連する他の 多くのイノベーションへの道が確実に開かれます。 基板形状とRAM容量の関係 COM-HPCとCOM Expressのどちらも、RAMの容量をSO-DIMM(ハンダ付けメモリ)に依存しています。 現 在のところ、 COM Express BasicのRAM容量は約128ギガバイトに達することが証明されています。 両方の フォームファクタの形状がほぼ同じであるため、 COM-HPC Size AのRAM容量も(多少の差はあれ)同じに なります。 追加のRAMを必要とする場合には、より大きなフォームファクタを採用する必要があります。より 大きなフォームファクタのCOM Express Extendedは、実際には使われていません。 したがって、 より大きな モジュールはCOM-HPC規格ということになります。 将来COM-HPC Serverモジュールは、 多くのメモリを必要とする中程度のパフ ォーマンスのサーバと同程度の RAMニーズに対応できるようになります。 さ らに、 これらのモジュールでは、 8つのSO-DIMMメモリモジュールを実装でき るため、最大1.0テラバイトのRAMが提供されます。 COM-HPC Client Size A モジュールが、 最新のTiger Lake UP3 搭載の COM Express Type 6 Compactよりも多くのメモリを提供できたとしても、 現在の モジュールでは追加のRAM容量が利用されません。実際には、 Size A とType 6はどちらも、 3200 MT/s、 32 GB DDR4用の2つのSO-DIMMソケットを提供 し、合計64 GBのRAMになります。 しかし、 Tiger Lake UP3はそれ以上のメモ リを扱えないため、 COM-HPCフォームファクタの、より大きなメモリ容量によ conga-TC570 COM Express Compactモジュール るメリットがありません。 今後、より多くのRAMが必要になると、 COM Express は、Intel Tiger Lake UP3プロセッサを内蔵してお り、COM Express BasicまたはCompactをサポートす BasicやCOM-HPC Size Aモジュールよりも大きいフォームファクタが必要にな る現行のCOM Expressキャリアボードに直接配置(プ ラグ&プレイ)することができるため、ターンキー製品 として考えられています。
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3 COM Express Type 6 とCOM-HPC Client ることは間違いありません。 メモリ密度に関して絶え間なく進歩しているにもかかわらず、 RAM 容量が対 象の多目的アプリケーションの障害になる可能性はありません。 グラフィックとオーディオのサポート COM-HPC Client と COM Express Type 6 は、3つのデジタルディスプレイインタフェース(DDI)と1つの embedded DisplayPor(t eDP)により、 最大4つのディスプレイを処理できるため、 Clientフォームファクタ のグラフィックスサポートは Type 6 と同等です。 以前の COM Express モジュールには、 HDA インタフェースが完全に装備されていましたが、 COM-HPC はこの従来のマルチメディアインタフェースをSoundWire(新しいMIPI規格)に置き換えることができます。 SoundWireは、 たった2本の配線しか必要なく、 最大 12.288 MHzで動作します。 さらに、 この規格は、 これ ら2本の配線で最大4つのオーディオコーデックを並行してサポートでき、 各コーデックには、 評価を可能 にするために独自のユニークなIDがついています。 これは、 サウンド機能を使ったアプリケーションにとっ て重要なブレークスルーです。 ギガビット帯域幅を超えるPCIe Gen 4とGbEの互換性 COM-HPC ClientにはCOM Express Type 6のほぼ2倍のPCleレーンがあります。 COM Express では最大24 のPCIeレーンをサポートしますが、 COM-HPC Client は49のPCleレーンを提供できます。 COM-HPC Client の1つのPCIeレーンは、キャリアボードのボード・マネージメント・コントローラ(BMC)との通信専用である ことに注意してください。 COM-HPC Client規格は、さらに2つの25 GbE KRと最大2つの10 GbE BaseTイーサネットインタフェースを サポートします。 しかしながら、 現在のIntel Coreプロセッサ(第11世代)ではこの規格のすべての機能を使 うことはできません。 一方、COM Express Type 6は、モジュールでは最大1x1 GbEしかサポートできません が、PCIeを介してキャリアボードから制御できるネットワークインタフェースを増やすことができます。 2つのフォームファクタは PCIe x4 Gen 4インタフェースを使用しているため、ペリフェラルへの高帯域幅接 続はどちらもまったく同じです。 さらに、どちらのモジュールでも8x PCIe Gen 3.0 x1レーンを利用すること ができます。 このため、 少なくともプロセッサレベルでは、違いはありません。ただ、COM-HPCモジュール は2x 2.5 GbEのネイティブ接続をサポートしているのに対し、 COM Expressモジュールは1x GbEなので、 GbEのサポートに関しては違いがあります。 つまり、COM Expressを使ってCOM-HPCモジュールと同等のGbEをサポートするためには、 キャリアボード に追加のコンポーネントを搭載する必要があります。 最後に、 COM-HPCモジュールとCOM Express Type 6 モジュールは、イーサネットを介したリアルタイム通 信のためのTime-Sensitive Networking(TSN)に関して互換性があります。 したがって、 COM-HPCでのみ 2.5 GbEがサポートされているという事実以外に、 PCIeとGbEに関して大きな違いはありません。. 高帯域幅USBとMIPI-CSIインタフェースのサポート COM-HPC 規格は、 高速インタフェースをサポートするように特別に設計されています。 そのため、 COM-HPC Client モジュールは、 最大 4x USB 4.0インタフェースと 4x USB 2.0をサポートしますが、 COM Express Type 6 モジュールは、 最大 4x USB 3.2と8x USB 2.0のサポートです。 COM-HPCのUSB 2.0ポー トはCOM Express Type 6モジュールより4つ少ないですが、 USB 4.0の転送速度は40 Gbpsであるため、 Clientはより広い帯域幅を提供できます。 さらに、 COM-HPCは、 最大2つのMIPI-CSIインタフェースをネイティブにインテグレートできます。 これら2 つのインタフェースは経済的であると同時に、 多数のアプリケーションを実行して 3D ビジョンを実現する ために不可欠なカメラと互換性があります。2台の独立したカメラをサポートするモジュールは非常に用
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4 COM Express Type 6 とCOM-HPC Client 途が広く、 ユーザ識別、 ジェスチャーコントロール、 メンテナンスのための拡張現実(AR)、 ビデオ監視、光 学品質保証、 自動運転車の状況認識、 協調ロボットなど、 さまざまな目的に利用できます。 COM-HPCが MIPI-CSIインタフェースをサポートしているという事実は、 COM Express Type 6よりも優れていることにな ります。 現在、 conga-HPC/cTLUモデルでは、 これら2つのMIPI-CSIインタフェースをサポートできます。 実 際、 conga-HPC/cTLUは、(Tiger Lake UP3で提供されるx86命令セットに加えて)AI/DL命令セット、Vector Neural Network Instruction(s VNNI)をサポートし、 さらに インテグレートされたIntel Xeグラフィックス (Gen 12)によって最大96の実行ユニットが使用できます。 COM-HPCはさらに、 従来のSSDや HDD を接続することができる 2x SATAインタフェースだけでなく、 2x UARTや 12x GPIO など産業用のインタフェースも備えています。 そして、 2x I2C、 SPI、 および eSPI がこの COM-HPCクライアントは、COM Express Type 6のようなものとは異なるいくつかの要素を持っています。COM- HPC Clientは、PCIeレーン、Ethernetインターフェース、USBポートの数と帯域幅が異なる。さらに、COM-HPCクラ イアントには、リモート管理機能が追加されていることも特徴の一つです(詳細はお問い合わせください)。 機能セットを完成させます。 とはいえ、これらのCOM-HPC Clientの機能は COM Express Type 6 とほぼ同 等ですが、 CANバスはType 6 モジュールでのみサポートされます。 COM-HPC Clientへのアップグレードは緊急か不要か? COM-HPC ClientとCOM Express Type 6 を綿密に比較対照した結果、 COM Expressは少なくともあと3 〜5年の間、 ほとんどの設計にとって理想的なプラットフォームであることが明らかになりました。 これは 主に、 COM-HPC Client が完全に新しいシステムバスを導入していないためです。 以前の変更では、 ISA からPCIへの移行や、 PCIからPCI Expressへの移行が含まれていましたが、 COM-HPCでは、 新しいピン配 置を導入することが重要でした。 覚えておくべきもう1つの重要なことは、 2012 年までは、 COM Express がベストセラーのモジュール規格になって、 最終的にETXに取って代わることはなかったという事実です。 これは、 ETX の登場からほぼ11年後、 および COM Expressの登場から7年後のことで、 それにもかかわ らず、 ETXモジュールはまだなくなってはいないのです! 最後に、PCIeの世代間では下位互換性があるた め、 PCIe Gen 3.0 の設計は PCIe Gen 4.0が登場した後もすべてのプロセッサレベルで、長い間使い続け ることができます。そのため、 特定の設計で帯域幅とインタフェース仕様が要件を満たしている場合には、 COM-HPC Clientモジュールにアップグレードする必要はまったくありません。
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5 COM Express Type 6 とCOM-HPC Client COM-HPCのユーザ COM-HPCを選択する必要があるのは、 モジュールでサポートされている特定のインタフェースが必要な 場合です。 そのインタフェースは、 USB 4.0の帯域幅、 2.5 GbE、SoundWire、あるいはMIPI-CSIです。実際、 ハイパフォーマンスのPCIeや最大 25 GbEのイーサネットインタフェースを必要とする場合は、 COM-HPC について真剣に検討する必要があります。 さらに、 ハイパフォーマンスシステムの開発者は、 出てくるかど うかわからないパフォーマンスが向上した別の規格(COM Express規格のアップデート)を待つよりも、 選 択した規格内(COM-HPC)で設計をスケールダウンする方がはるかに簡単であることを覚えておく必要が あります。 これは、 COM-HPC規格開発の原動力でしたが、「 稼働中のシステムを変更しない」 という同様 に効果的な方針とも整合しています。 エッジサーバモジュールのリモート管理の予定 COM-HPC のリリースをさらに特別なものにするために、 PICMG リモートマネ ージメントのサブコミッティは、エッジサーバモジュールのリモート管理をサポ ートするために、 複雑なインテリジェント・プラットフォーム・マネージメント・イ ンタフェース(IPMI)規格のシンプル版を作成することを目的として、拡張リモ ートマネージメントインタフェースの設計にも取り組んでいます。 これが完成 すると、 新しいセットにより、サーバグレードの信頼性、可用性、保守性、および セキュリティ(RAMS)を確保することができます。 さらに、キャリアボードにボ ード・マネージメント・コントローラを追加することで、 リモート管理を個々の キャリアボードまで拡張し、システムの要件に応じて保守性を高めることがで きます。 このようにして、 リモート管理の安定した基盤を備え、必然的にニーズ conga-HPC/cTLU COM-HPC Size Aモジュ や優先順位が変化した場合に、いつでも調整することができます。 ールには、新設計のキャリアボードが必要で す。COM-HPCの評価ボードは、近い将来、販売・ 配布が可能になると思われます。 まとめ 絶え間なく進歩し、 高度にデジタル化された時代において、 COM Expressはパフォーマンスレベルで多く の可能性を示しています。 しかし、 ハイパフォーマンスコンピューティング用のCOM-HPCモジュールは、 帯 域幅を必要とするデータストリームの処理が必要なコンパクトなエッジデバイスなど、 新たに出現したコ ンピュータパワーを必要とするさまざまなアプリケーションにも対応できます。 コンガテックの第 11 世代 Intel Core プロセッサベースの組込みコンピュータの詳細については、 以下のサイトを参照してください。 https://www.congatec.com/jp/technologies/intel-tiger-lake-modules/ 著者: クリスチャン・エダー(Christian Eder)、 コンガテックのマーケティングディレクター、PICMG COM-HPCサブコミッティの議長
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コンガテック(congatec)について コンガテック(congatec)は、標準フォームファクタのCOM Express、Qseven、SMARCを使用した産業用コンピュータモジュー ル、およびシングル・ボード・コンピュータとカスタマイズサービスのリーディングサプライヤーです。 コンガテックの製品は、産 業オートメーション、医療、エンターテインメント、輸送、テレコミュニケーション、試験と計測、POSなど、さまざまな産業とアプリ ケーションで使用できます。 コア知識と技術的ノウハウには、独自の拡張BIOS機能と、包括的なドライバとボード・サポート・パ ッケージが含まれます。 設計フェーズに続いて、お客様は長い製品ライフサイクル管理を通じてサポートを受けることができま す。 コンガテックの製品は、最新の品質基準に従って専門のサービスプロバイダーによって製造されています。 コンガテックは、 ドイツのデッゲンドルフに本社を置き、現在、米国、台湾、中国、日本、オーストラリア、英国、フランス、チェコ共和国に事業拠点 を置いています。 詳細については、当社の Web サイト www.congatec.com/jp または LinkedIn, Twitter YouTube をご覧くださ い.。 本社 congatec GmbH Auwiesenstraße 5 94469 Deggendorf Germany Phone +49 (991) 2700-0 info@congatec.com www.congatec.com 子会社 congatec Asia Ltd. congatec, Inc. コンガテックジャパン株式会社. congatec China Technology Ltd. 2F., No.186, Sec. 3, 6262 Ferris Square 〒105-0013 東京都 港区 浜松町1-2-7 Sunyoung Center, 901 Building B, Chengde Rd. San Diego ユニゾ浜松町一丁目ビル301 No. 28 Xuanhua Road, Changning District, 10366 Taipei, Taiwan CA 92121 USA Phone +81 (3) 6435-9250 Shanghai 200050, China Phone +886 (2) 2597-8577 Phone +1 (858) 457-2600 sales-jp@congatec.com Phone +86 (21) 6025-5862 sales-asia@congatec.com sales-us@congatec.com www.congatec.jp sales-asia@congatec.com www.congatec.tw www.congatec.us www.congatec.cn congatec Australia Pty Ltd. congatec Korea Ltd. Real-Time Systems GmbH Unit 2, 62 Township Drive Mr. Yoonsun Kim Gartenstrasse 33 West Burleigh (Yatap-Dong), #707, 88212 Ravensburg Queensland 4219, Australia 42, Jangmi-ro, Bundang-gu, Germany Phone +61 (7) 5520-0841 Seongnam-si, Gyeonggi-do, Phone +49 (751) 359558-0 sales-au@congatec.com South Korea info@real-time-systems.com www.congatec.com Phone: +82 (10) 2715-6418 www.real-time-systems.com yoonsun.kim@congatec.com セールスオフィス France United Kingdom / Ireland Nordics & Baltics Mr. Luc Beugin Mr. Darren Larter Mr. Anders Rasmussen Phone: +33 6 44 32 70 88 Phone: +44 784 581 4792 Phone: +45 285 649 92 cfr-sales@congatec.com cuk-sales@congatec.com cdk-sales@congatec.com