【ホワイトペーパー】COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格

ホワイトペーパー モジュラー エッジサーバの新しい規格 COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格

1 COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格 モジュラー エッジサーバの新しい規格 PICMG はまもなく正式に COM-HPC コンピュータ・オン・モジュール規格を承認する予定です。 新 しい規格の一つは、COM-HPC Server規格です。 この規格は、PCI Express 4.0 および 5.0 や 25 ギ ガビット イーサネットなどの新しい高速インタフェースを必要とする、ハイエンド エッジサーバ コ ンピューティング向けに開発されました。 この新しい規格は、確立された COM Express Type 7 ベ ースのサーバ・オン・モジュールと比較して、800本の信号線で、ほぼ2倍のインタフェース帯域幅を 提供し、パフォーマンスの向上に加えて、さまざまな機能を提供します。 この新しいハイエンド サー バ・オン・モジュールの最も重要なマーケットとアプリケーションはいったい何でしょうか? また、そ の制限は何でしょうか? COM-HPC Serverは、あらゆるレンジのエッジサーバに対応 することができます。なぜならば、この新しいサーバ・オン・モ ジュールは最大消費電力 300ワットをサポートできるため、パ ワフルなインテル Xeon や AMD EPYC サーバプロセッサを搭 載することができるからです。 しかし、最初のモジュールの登 場は、次世代のインテル エンベデッド サーバ プロセッサがリ リースされるまで待たなければならないでしょう。 COM-HPC モジュールは最大8個の SO-DIMM ソケットによ り、現在、最大1テラバイトの RAM をサポートすることができ ます。 最終的に、これが制限の要因です。 モジュールに搭載さ れているメモリは、インテル Ultra Path Interconnect や AMD Infinity Fabric Inter-Socket を介して、他の並列プロセッサ 2種類の COM-HPC Server フォームファクタがあり、それぞれ4つ、または 8つの SO-DIMM ソケットを実装することができます。 で直接利用することはできず、それぞれの COM-HPC モジュ ール専用のメモリとなります。 また、COM-HPC では、最大12ソケット RAM によるデュアル ダイ/シング ル ソケット Cascade Lake プロセッサ テクノロジーを実現することもできません。 人工知能のためのマスター/スレーブ機能 COM-HPC ではマスター/スレーブ構成が可能なため、ロードマップにはキャリアボードへの複 数のモジュール搭載が含まれています。 しかしながらこの機能は、デュアルプロセッサ向けのキ ャリアボード上で、複数の COM-HPC Server モジュールをマスター/スレーブ モードとして使う ためには設計されていません。 むしろ、COM-HPC Server モジュールと COM-HPC FPGA、ある いは COM-HPC GPGPU のモジュール間での通信を可能にすることを目的としています。 これ は、COM-HPC Server や COM-HPC Client モジュールに加えて、COM-HPC 規格の 3つ目のアプ リケーション領域になります。 初めてコンピュータ・オン・モジュールで利用できるマスター/スレ ーブ機能は、MXM よりもはるかにパワフルなフォームファクタで、 GPGPU や FPGA モジュールを 利用できるようにするために導入されました。 したがって、COM-HPC 規格は、テレコミュニケー ションにとって重要な、人工知能やディープラーニング、デジタル信号処理 (DSP) などの機能の 統合ができるということを示しています。 COM-HPC を使用することで、これらすべての機能を、堅 牢で省スペース、かつスケーラブルに利用することができます。 COM-HPC サーバ・オン・モジュー ル は通常、デュアルプロセッサ ではないため、この規格は、サーバテクノロジーのミッドレンジの セグメント用として位置付けられ、これは、エッジでのさまざまな構成で必要とされるエリアです。

2 COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格 5G インフラストラクチャ サーバとコネクテッド エッジ システム 堅牢なサーバクラスのパフォーマンスに対する要求の多くは、ネットワークや通信インフラストラクチ ャに関連するエッジアプリケーションから生じます。 例としては、タクティル ブロードバンド インター ネット用に設置された屋外の 5G スモールセルや、3G/4Gの エッジサーバ ルームで使われているよう な、奥行き 600 mmのラックに収納されている20インチのキャリアグレード エッジサーバなどがありま す。 どちらの場合でも、システムは将来の 5G に対応するために GPU や FPGA ボードで強化されてい て、たとえば、データ伝送のリアルタイム スケジューリングをマイクロ秒のレンジで可能にするために も、COM-HPC のマスター/スレーブ機能が必要になってきます。 関連する 5G の計測技術でも、もちろ ん、COM-HPC Server モジュールは魅力的です。 COM-HPC は、コンピュータ・オン・モジュール市場の発展における新しい一歩です。 しかし、COM-HPC が COM Express と同様の市場シェアに達するまでには数年かかる可能性があります。 なぜなら ば、COM Express も ETX を追い抜くのに約5年を要したからです。 そして ETX モジュールは現在も販売され続けており、既存の COM Express のユーザーも、今後何年にもわたって COM Express モジュ ールを購入することができるでしょう。 NFV と SDN をフルサポートする OCCERA サーバ COM-HPC Server モジュールのもう1つのアプリケーション領域は堅牢なエッジサーバで、Open Compute Carrier-grade Edge Reference Architecture (OCCERA) に基づく、奥行き1000 mm また は 1200 mm のラックに組み込まれるものです。 仮想化と NFV や SDN のサポートが増加したことに より、このようなオープンスタンダードのプラットフォームに、専用のインフラストラクチャ機器が実装 されることが増えてきています。 これには、ファイアウォール、侵入検知システム、トラフィックシェーピ ング、コンテンツフィルタ、ディープ パケット インスペクション、統合脅威管理（UTM: Unified Threat Management）、アンチウイルス アプリケーションなどが含まれます。 ここでも、ユーザーは次世代サ

3 COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格 ーバのためのオンデマンドのスケーラビリティと、費用対効果の高いパフォーマンスのアップグレード をおこなうことができるという利点があります。 インダストリー 4.0 からワークロードの統合まで エッジ機器には、アプリケーションに近いすべてのフォグコンピュータ、つまりエッジの冗長クラウドも 含まれます。 過酷な産業環境では、新しいビジネスモデルと包括的な予知保全を実現するために、イ ンダストリー 4.0 の通信や、エッジにおけるビッグデータ解析が必要です。 別のアプリケーション分野 としては、たとえば、複数のロボットからなる製造セルを制御する場合などのように、分散型コンピュ ータの代わりに、コンピューティングパフォーマンスを単一のエッジサーバ上に統合するといったケー スが考えられます。 エネルギーグリッド、自動運転車、鉄道輸送 同様のエッジサーバは、スマートエネルギー ネットワークにおいても、マイクログリッドや仮想エネル ギー ネットワークでのエネルギー生成と消費をリアルタイムで調整するために必要です。 このような 分散アプリケーションでは、リアルタイム 5G も重要な役割を果たします。 なぜならば、インフラストラ クチャで必要となる高帯域幅を比較的容易にプロビジョニングすることができるからです。 自動運転 車も 5G の恩恵を受けるでしょう。 自動運転車では、何百ものセンサからのデータを瞬時に分析する ために、車上で高帯域幅の処理をおこなう必要があるため、COM-HPC Server のパフォーマンスが必 要になります。 そのほかのアプリケーションとしては、鉄道などの輸送分野における、さまざまなレン ジのサービスを提供するものとして、列車内とインフラストラクチャの両方で、セキュリティ技術やイン フォテインメント用のストリーミングサービスなども含まれます。 モバイル放送システムやストリーミン COM-HPC Server を使った設計では、仮想化のみならず、必要に応じてコアを増やすことができるため、エッジでの負荷分散が可能になります。 グサーバ、および治安当局や団体 (BOS Digital Radio Network、訳注：ドイツの公共安全のためのラ ジオ局) が使用する非公開のモバイル地上無線ネットワーク の機器などは、COM-HPC Server モジュ ールのさらなる適用分野です。 スマートビジョン システム COM-HPC Server が適するアプリケーションは、医療用バックエンドシステムや、産業用検査システ ム、増加する公共安全向けのエッジにおけるビデオ監視ソリューションなど数多くあります。 そして自 動運転車でも同様に大量のビデオや画像データを並列に処理する必要があります。 しかし、これらの アプリケーションの大部分では COM-HPC GPGPU を使うのではなく、さらにパワフルな FPGA による 拡張や PEG グラフィックスを使用する傾向があります。 モジュラー マザーボードの設計 COM-HPC モジュールは、これまでに説明したアプリケーション分野専用のシステムに加えて、堅 牢な標準マザーボードに実装することもできます。 COM-HPCは供給期間が長いため小型のサー バに最適です。 主にラックマウントや、ワークステーション、タワー型などで使用されるマザーボード は、Micro-ATX (244 × 244 mm) から Extended-ATX フォームファクタ (305 x 244 mm) までの範囲 に及びます。 EEB メインボード (305 x 330 mm) でも COM-HPC を使用することができます。 一部の

4 COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格 マザーボードでは 2つのプロセッサを実装していることがあるため、このフォームファクタ市場の一部 にしか使うことができません。 しかしながら、I/O インタフェースを費用対効果高く効率的にカスタマイ ズできることと相まって、これまで想像もできなかったスケーラビリティをこの市場にもたらします。 産 業用通信の領域では、プロセスとフィールドでの方向性が非常に異なっているため、COM-HPCはエッ ジ アプリケーションにとって大きな利点です。 まとめると、COM-HPC Server モジュールは、プロセッ サに重点が置かれがちな、過酷な環境における非常に幅広い範囲のエッジサーバやフォグサーバ ア プリケーションに適しているといえます。 COM-HPC Server モジュールを使用する理由 COM-HPC Server規格はエッジサーバに、コンピュータ・オン・モジュールのマーケットでよく知られて いる標準化されたサーバ・オン・モジュールの利点をすべて提供します。 つまり、アプリケーションの特 定のニーズに合わせてパフォーマンスを調整することができます。 したがって、同一のサーバスロット を備えたラックでは、個々のモジュールの設計を通じて物理的なパフォーマンスを適応させることが 可能であり、それによってアプリケーションに対する価格/性能比を最適化することができます。 これ は、実際の物理リソースにかかわりなく、負荷分散をスケーリングしなければならないリアルタイム ア プリケーションにとっては特に有利です。 むしろ、実際のリソースを専用に割り当てることが可能でな ければなりません。 既存のシステムをベースに性能のアップグレードをおこなう場合、次世代への移 行コストを初期投資の約50%に抑えることができます。なぜならば、ほとんどの事例でプロセッサモジ ュールを交換するだけで済むからです。 これにより、TCO が大幅に削減され、ROI が向上します。 メー カーに依存しない標準規格を採用することで、セカンドソース戦略が可能となり、競争力のある価格 と長期にわたる供給性が保証されます。 最後に、サーバ・オン・モジュールはよりサステイナブルであ り、最終的にサーバの製造における CO2 排出量の削減に貢献し、継続的な運用によりエネルギーは 消費されますが、環境への影響は大幅に軽減されます。 先進的なサーバ マネージメント インタフェース 新しい規格のもう1つの利点は、専用のリモート・マネージメント・インタフェースが利用できることで す。 このインタフェースは現在、PICMG リモート・マネージメント サブコミッティによって策定されてい ます。 その目的は、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) で定義さ れた機能セットの一部を、リモート エッジサーバ モジュール管理に使用できるようにすることです。 し たがって、スレーブ機能と同様に、COM-HPC はモジュールと通信するための拡張リモート管理機能も 提供します。 この機能セットにより、一般的なサーバと同じ信頼性、可用性、保守性、およびセキュリテ ィ (RAMS) を保証します。 この機能は個々のニーズに応じて、ボード・マネージメント・コントローラを 介して、キャリアボードに実装することができます。 これにより、特定の要件に対応するリモート・マネ ージメントを実現するための統一された基盤を提供します。 優れたカスタムインタフェース設計とパフォーマンス アップグレード COM-HPC Server には数多くの利点があります。 小型のエッジサーバに特殊なインタフェースを実装 しなければならない場合、サーバ・オン・モジュールは最適です。 このような場合に、フルカスタムで設 計するよりも、キャリアボードを設計してCOM-HPC Serverを実装するほうが、はるかに迅速かつ費用 対効果が高くなります。 この方法により、NRE コストが最大 80%、場合によってはそれ以上を節約する ことができます。 さらに、COM-HPC Server モジュールは、次世代向けにパフォーマンスをアップグレ ードするときのコスト面でのメリットが大きいため、標準的な産業用サーバで広く使用されるでしょう。 モジュールを使用することで、ますますサーバのパフォーマンスがサービスとして提供されるというこ とになるため、アップグレードの費用はユーザーではなくサービスプロバイダーによって負担されるよ うになります。

5 COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格 エッジサーバーに高度にカスタマイズされたI/Oを搭載する場合、キャリアボード単体ではNREコストを大幅に削減できるため、サーバーオンモジュール を使用することで、より高いコスト効率で提供することができます。

6 COM-HPC Server – 新しいサーバ・オン・モジュール規格 COM-HPC: ひとつの規格、3つのアプリケーション分野 PICMG COM-HPC 規格では、大きく分けて3種類を定義しています。1つ目は、COM Express Type 7 規格の上位となる、COM-HPC Server モジュールで、2つ目は、COM Express Type 6 規格の後 継に位置付けられる COM-HPC Client モジュールです。 そして3つ目は、FPGA/GPGPU モジュー ルで、このモジュールのために規格ではマスター/スレーブ機能が予約されています。 COM-HPC Server と FPGA/GPGPU モジュールは新しいものとして認識されていますが、COM-HPC Client モジュールは、人気のある COM Express Type 6 に対する大きな影響についての懸念を引き起 こしています。 したがって、COM Express Type 6 モジュールのユーザーは、COM-HPC 規格につ いて少し懐疑的です。 彼らは、既存の COM Express への投資を保護したいと考えており、次の ことを自問しています。 今後どのくらいCOM Expressモジュールが提供され続けるのか？ すぐに COM-HPCに切り替えたほうが良いのか？ カスタマーにとってのアドバンテージは何か？ 彼らは 特に、COM-HPC Client モジュールと、COM Express との違いを知りたいと考えています。 著者: クリスチャン・エダー（Christian Eder） コンガテック、マーケティングディレクター および PICMG COM-HPC サブコミッティ議長

コンガテック（congatec）について コンガテック（congatec）は、組込みコンピューティング製品にフォーカスする、 急速に成長しているテクノロジー企業です。 ハ イパフォーマンス コンピュータモジュールは、 産業オートメーション、 医療技術、 輸送、 テレコミュニケーション、 その他の多く の分野の幅広いアプリケーションやデバイスで使用されています。 当社は、 成長する産業ビジネスにフォーカスする、 ドイツの ミッドマーケットファンドである株主のDBAG Fund VIIIに支えられており、 これらの拡大する市場機会を活用するための資金調 達とM＆Aの実績があります。 また、 コンピュータ・オン・モジュールの分野では、 世界的なマーケットリーダーであり、 新興企業 から国際的な優良企業まで優れた顧客基盤を持っています。 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 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 Southern Europe / Benelux United Kingdom / Ireland Nordics & Baltics Mr. Stéphane Mailleau Mr. Darren Larter Mr. Timo Poikonen Phone: +33 6 32 99 12 12 Phone: +44 784 581 4792 Phone: +358 40 8268 003 stephane.mailleau@congatec.com darren.larter@congatec.com timo.poikonen@congatec.com