【ホワイトペーパー】COM Express Type 7サーバの最大パフォーマンスを実現～コンガテックが100Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供

ホワイトペーパー COM Express Type 7サーバの最大パフォーマンスを実現 コンガテックが100Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供

2 コンガテックが100 Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供 COM Express Type 7サーバの最大パフォーマンスを実現 組込みエッジサーバやマイクロサーバには、 高いパフォーマンスが必要です。 サーバ・オン・モジ ュールを使用して拡張性を持たせた高性能システムを、 過酷な環境向けに開発する場合には、 最大 TDP 100WをファンレスでサポートできるCOM Express Type 7をベースとしたエコシス テムが必要です。 コンガテックは最大16コア、 32スレッドをサポートする3GHz、 デュアルダイの AMD EPYC Embedded 3000シリーズを搭載した製品の量産段階に入りました。 組込みエッジ サーバやマイ クロサーバに おいて、 パフォ ーマンスを容 易にアップグ レードできる ということは、 標準の仕様に なりつつあり ます。 これは、 タスクに必要 な性能が、 エ ッジのアプリ ケーションに よって異なっ ているためで す。 しかし、 本 当の理由は、 月日の経過と ともに要求性 能が次第に高 くなることが 予想されてい るためです。 組込みエッジサーバやマイクロサーバ向けのコンガテックの100Wエコシステムの目標は、 過酷な環境で使用できる、省スペースサーバの設計に必要な、 すべてのアプリ そして、 ますま ケーションレディのモジュールを1社から提供することです。 これは、 サーバ・オン・モジュールとキャリアボードに加えて、 冷却ソリューションやサーバクラスの管理機能に まで及びます。 す多くの機能 が個々のエッジサーバプラットフォームに統合されてきています。 通信とセキュリティに対する要求も 急速に高まっています。 今日、 十分と思われるものは、 明日にはすでに時代遅れになっている可能性 もあります。 そのため、 特にコスト効率の高いパフォーマンスアップグレードができることを保証する 必要があります。 サーバ・オン・モジュールによる低コストのパフォーマンスアップグレード パフォーマンスのアップグレードは、 サーバ・オン・モジュールを使用することで特にうまく実装するこ とができます。 サーバ・オン・モジュールは、PICMGのCOM Express Type 7規格として標準化されてい ます。 オープンスタンダードに基づいた信頼性の高い開発方法はすでに確立されており、 現在のパフ ォーマンスクラスと、 新しいCOM-HPC規格の両方について、 将来に向けての十分な準備ができてい ます。 しかし、 これまでのエコシステムにはCOTSソリューションが欠けていて、 汎用品でソリューショ

3 コンガテックが100 Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供 ンを構築することができませんでした。 これまでの利用可能なモジュールとキャリアボードでは、 65W を超えるTDPに適した高性能冷却ソリューションと、 適切なサーバクラスのリモート管理機能の両方 が欠けていました。 その両方が、 今、 利用可能になりました。 コンガテックは、 100Wシステムを伝導 冷却することによって、 ファンレス設計の制限を超えてこれを実現しました。 これは、 COM Express Type 7モジュールにおいて、 53％もパフォーマンスが向上するということであり、 これまでは購入した コンポーネントを使用して、 これをすぐに実現できるようなCOTSソリューションはなかったのです。 最大100Wの伝導冷却型組込みサーバ AMD EPYC Embedded 3000シリーズを搭載した新しいconga-B7E3モジュールに、 アプリケーショ ンレディのヒートスプレッダと高性能ファン、またはヒートパイプアダプターを装備できるようになりま した。 これにより、 非常に薄い1Uサーバで効率的なヒートパイプ冷却を実現することができます。 も しも65〜100Wのシステムが、 回転するファンを実装せずに使用できるように設計されていたならば、 IIoTのほか、インダストリー4.0の数多くのエッジアプリケーションに適する、 非常に堅牢なハイエンド 組込みサーバを開発することができます。 組込みエッジサーバやマイクロサーバ用の100Wエコシス テムの対象アプリケーションには、 5G通信のクラウドレットや、 インダストリー4.0サーバ、 そして協調 ロボットを使ったスマートロボットセ ル用サーバや、自律型ロボット用サー バ、 あるいは状況認識のための高速 画像処理やその他のセンサーを搭載 したロジスティクス車両用のサーバ が含まれます。 このエコシステムは、 産業用ルーティングやタッチインタ 1つの課題に対する異なる2つの冷却ソリューション：65〜100Wシステムに推奨される冷却ソリューションとして、システム ーネット、 ファイアウォールと侵入検 のレイアウトと堅牢性の要件に応じて、ヒートスプレッダとアクティブファンのソリューション、あるいは1Uラックシステムで もフラットシャーシのヒートシンクに熱を放出できる、ヒートパイプアダプターを使用する冷却ソリューションがあります。 知、そしてVPNテクノロジーなどの機 能を実行する、 仮想化されたオンプ レミスでの頑丈な設置にも適しており、 オプションでさまざまなリアルタイム制御システムや人工知能 （AI）用のニューラルネットワークと組み合わせて使用することも可能です。 1Uラックシステムおよび5x5ボックス用キャリアボード コンガテックの新しい100Wエコシステムには、 新しい冷却ソリューションに加えて、 アプリケーション レディの2種類のサーバグレードキャリアボード、 conga-X7EVALとconga-STX7をベースにしたスター ターキットが含まれています。 それらのスターターキットには、 10GbEインタフェースが数本実装され ており、 サーバに準拠してSFP+ケージを介して、銅線ケーブル、 あるいは光ファイバーケーブルの両方 を使用することができます。 それらのス ターターキットは標準的なエッジサー バ用として、 ひとつは1Uラックシステム 向けに、 もうひとつはボックスPC向け に設計されており、 カスタマの特定の 要件に応じてカスタマイズすることも 可能です。 対応するエンジニアリングサ ービスは、 エコシステムの一部として、 コンガテックによってすでに用意されて います。 パワフルな100Wサーバ設計用の2つのキャリアボードは、まったく異なるアプリケーション分野に対応します。1つは小型 ボックスシステム用に開発された5x5 Mini-STXフォームファクタで、もう1つはCOM Expressのすべての機能を利用できる ようにし、独自設計のベースとして使用できます。

4 コンガテックが100 Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供 効率的なカスタマイズ これら2つのキャリアボードには「機能コネクタ （feature connector）」が実装されており、 独自の拡 張を実装することができるため、 カスタマ独自のキャ リアボード設計は必ずしも必要ではありません。 この 機能コネクタは、 サイズがわずか5.5インチ x 5.8イン チのmini-STXキャリアボードである、 conga-STX7/ Carrierなどの非常にコンパクトなキャリアボードにと っては大きなアドバンテージです。 カスタマは220ピン の機能コネクタを使用して、 カスタマイズされた拡張 ボード上のcompact規格キャリアボードに適合しなか ったCOM Express コンガテックは、COM Express Type 7キャリアボード用の拡張コネクタにより、カスタマイ Type 7規格のイン ズの必要性を最小限に抑えて、産業用リアルタイム イーサネットプロトコルやフィールドバ ス、シリアルインタフェースなどの、不足している機能を組み込むための小さなアセンブリの タフェースを実装 みを自社で製作、あるいは購入するだけで済むようにします。 することができま す。 このため、 コンガテックは機能コネクタに、 COM Expressモジ ュールとキャリア間で使用されているコネクタと同じものを使用し ています。 これらの拡張を開発する方法を説明した、 キャリアボー ド設計ガイドは、 PICGMから直接入手することができます。 この新 新しいCOM Express Type 7キャリアボード拡張コネクタで使用で しい、 高さを抑えスペースを節約する拡張コネクタを使用するこ きる最初のカードは、PCIe拡張モジュールです。これにより、機械学 習や推論システム専用のGPGPUや、ビッグデータ処理に必要な数 とは、 標準のキャリアボードを拡張して、 無理なく追加の機能を実 テラバイトの容量を持つ、PCIeベースのフラッシュメモリを接続す ることができます。 装したい設計者にとって非常に価値があります。 サーバグレードの管理 しかしながら、組込みシステムはサーバレベルのパフォー マンスを提供するために、スケーラブルなハイパフォーマ ンスハードウェアや、 適切な冷却ソリューション以上のも のを必要としています。 つまり、 このほかにも、 さまざま な管理機能を提供する必要があるのです。 これまで使わ れていたスタンドアロンの組込みコンピュータシステムと は大きく異なり、 これらの管理機能は、 広く分散された組 込みエッジサーバやマイクロサーバには必要不可欠です。 このため、 コンガテックは100Wエコシステムに、 AMD EPYC Embedded 3000プロセッサに実装されたされたさ まざまなRAS（Reliability, Availability, Serviceability） 機能のほか、 初めてシステムへのアウトオブサービス/ア ウトオブバンドのアクセスを可能にする、 サーバクラスの ボード・マネージメント・コントローラ（BMC）をインテグレ 組込みエッジサーバやマイクロサーバは、高いRASM（Reliability, Availability, Serviceability, Maintainability）の実現に必要な、すべて ートしました。 これらを組み合わせることによって、 分散 のリモート管理機能を、COM Express Type 7キャリアボードのボード・マ ネージメント・コントローラを介して受け取ります デバイスの総所有コスト（TCO）を最適化するために商用 データセンターで通常おこなわれているような、 非常に効率的なリモート監視、管理、 および保守機 能を提供することが可能になります。 そして、 これらはすべて、 過酷な環境にも適合するように設計さ れています。 コンガテックはボード・マネージメント・コントローラにAspeed社のAST2500 BMCを採 用しており、 これは800 MHzのARM11プロセッサベースで、 1600 Mbps DDR4をサポートするととも に、 マネージメントコンソール用にオンチップPCIe 2D VGAを提供します。 コンガテックはこれを利用 して、 コントローラのファームウェアを、 組込みエッジサーバやマイクロサーバの管理要件を満たすよ

5 コンガテックが100 Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供 うに最適化しています。 この最適化には、 リモートマネージメントシステムのセンサーによる、 すべて の必要なイベントログやアラートを実装するために、 COM Express Type 7規格の組込みAPIを使用 できるようにすることも含まれています。 さらに、 IPMIのシャーシ電源制御コマンドのほか、 ローカル 接続用のサーバコンソールとリモートKVMの両方をサポートするために、 KVMとメディアリダイレクト 機能も実装しています。 このリリースのバージョン1.0で、 ホストのデバッグコンソールと、 異なるホス トシステムターゲット間での出力切り替えが可能となります。 モジュールのセキュリティ機能 エッジアプリケーションでは、 さらにAMD EPYC Embedded 3000 SoCに搭載された、 ハードウェ ア統合セキュリティ機能による利益もあり、 それにはセキュアブートシステム、セキュアメモリ暗号化 （SME）、 セキュア暗号化バーチャライゼーション（SEV）のほか、 2つのSEV対応プラットフォーム間の 安全な移行チャネルも含まれます。 さらに、 暗号化アクセラレーションがインテグレートされた IPsec もサポートされています。 これにより、 サーバ管理者でさえ、 暗号化された仮想マシン（VM）にアクセ スすることができなくなります。 これは、 高いセキュリティが要求される多くのエッジサーバサービス にとって特に重要で、そのエッジサーバサービスはインダストリー4.0の自動化ソリューションにおい て、 ベンダーに依存しないアプリケーションを可能にすると同時に、 ハッカーによる妨害行為から保 護する必要があります。 あらかじめインテグレートされた2つの仮想化オプション AMD Embedded EPYC 3000サーバプロセッサが提供する仮想化オプションのほかに、代替的、あるいは追加的に、インテグレートされたRTSハイパーバイザをベースにした、アプリケーションレ ディのバーチャルリアルタイムマシンを使うこともできます。このソフトウェアベースのリアルタイムハイパーバイザテクノロジーを使用することにより、さまざまなマイクロアーキテクチャ間での 移行が容易になるため、ソリューションを長期的に使用し続けることが可能になります。 AMD Embedded EPYC 3000サーバプロセッサが提供する仮想化オプションのほかに、 代替的、ある いは追加的に、 インテグレートされたRTSハイパーバイザをベースにした、 アプリケーションレディの バーチャルリアルタイムマシンを使うこともできます。 このソフトウェアベースのリアルタイムハイパー バイザテクノロジーを使用することにより、 さまざまなマイクロアーキテクチャ間での移行が容易にな るため、 ソリューションを長期的に使用し続けることが可能になります。 さらに、 RTSハイパーバイザ は、最適なリアルタイムパフォーマンスを保証し、 x86マルチコアプラットフォームに容易にインストー ルできて、パーティションの分割も可能です。 すべての標準的なリアルタイムオペレーティングシステム と、汎用オペレーティングシステムがサポートされているため、 これらのサーバに実装される複数のソ リューションのワークロードを統合することができます。 16コア、 32スレッドをサポートするAMD EPYC

6 コンガテックが100 Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供 3000 Embeddedプロセッサを使用することで、 VMは理論的には多数の異なるアプリケーションを並 行して実行することができます。 しかし、 実際には、 複数のコアを使用するVM構成がより一般的で、 たとえばひとつのシステムで4つのロボットを制御するために、 それぞれに4つのコアを割り当てます。 ハードリアルタイム動作を保証 100Wエコシステムの注目すべきソフトウェア機能として、プロセッサのTDP管理による遅延を回避す るための、 リアルタイムコンフィグレーションのサポートがあります。 この機能のために、 コンガテック はAMDと協力して、新しいAMD EPYC Embedded 3000シリーズに対応した設計を提供しています。そ の理由は、 最大のパフォーマンスを保証するためのプロセッサの熱管理が、シリコンロジックの基本 的な限界に近付いているからです。 最新のパワーマネージメントシステムは、 これらの制限を超えな いことを保証し、 すべての動作条件下でシリコンの高い信頼性と機能を保証する必要がありますが、 これはリアルタイム動作にも影響を与える可能性があります。 したがって、 システムに適したコンフィ グレーションを使用する必要があり、 これは、 コンガテックによるRTSハイパーバイザの実装で自動的 に提供されます。 組込みエッジサーバとマイクロサーバの100Wエコシステムは、 複雑なサーバ設計を簡素化し、 BMC についても見られるように、 キャリアボードの設計にもますます影響を及ぼしています。 現在の100W エコシステムは、 当然COM Express Type 6モジュールで使用することができ、 これから出てくるハイ パフォーマンスクラスのCOM-HPCモジュールについても重要なベースを提供することになるため、 こ の規格に準拠した新しいコンガテックのモジュールを迅速に実装することが可能です。 L3 Cores/ Processor Takt [GHz] (Basis/Boost) Cache TDP [W] Threads (MB) AMD EPYC™ Embedded 3451 16 / 32 2,15 / 3,00 32 100 AMD EPYC™ Embedded 3401 16 / 16 1,85 / 3,00 32 85 AMD EPYC™ Embedded 3351 12 / 24 1,90 / 3,00 32 80 AMD EPYC™ Embedded 3301 12 / 12 2,00 / 3,00 32 65 AMD EPYC™ Embedded 3255 8 / 16 2,00 / 3,10 16 30-55 AMD EPYC™ Embedded 3251 8 / 16 2,50 / 3,10 16 55 AMD EPYC™ Embedded 3201 8 / 8 1,50 / 3,10 16 30 AMD EPYC™ Embedded 3151 4 / 8 2,70 / 2,90 16 40 AMD EPYC™ Embedded 3101 4 / 4 2,10 / 2,90 8 35 各COM Express Typeに最適化された冷却ソリューション

7 コンガテックが100 Wの組込みエッジサーバとマイクロサーバのエコシステムを提供 AMD EPYC Embedded 3000サーバ・オン・モジュールの機能セットの詳細 コンガテックの新しいconga-B7E3 COM Express Type 7モジュールは、 AMD EPYC Embedded 3000プロセッサ（4、 8、 12、 または16個の高性能 コアを実装）を搭載し、 同時マルチスレッディング（SMT）と、 最大96GBの DDR4 2666 RAMを COM Express Basicフォームファクタでサポートしてお り、 さらにフルカスタムデザインにより最大1TBまでサポートすることがで きます。 わずか125 x 95 mmのCOM Express Basic Type 7モジュールで 最大4つの10GbEと最大32のPCIe 3.0レーンを提供します。 ストレージに ついては、 オプションで1TBのNVMe SSDと、 従来のハードドライブ用に2 つのSATA 3.0ポートを実装することができます。 その他のインタフェースと しては、 4つのUSB 3.1 Gen1、 4つのUSB 2.0、 2つのUART、 GPIO、 I2C、 LPC、 およびSPIが実装されています。 HPCやAIアプリケーションにとって 魅力的な点は、 専用のハイエンドGPUをシームレスにサポートしているこ とと、 浮動小数点のパフォーマンスが向上していることです。 コンガテックは、 COM Express Type 7サーバ・オン・モジ ュールについて、 65Wを超えるTDPでもファンレス冷却を可能にする、 それぞれのプロセッサに対応した先進的な冷却 ソリューションも提供しており、 必要に応じて個別のハウジングに適合させることもできます。 CPUパフォーマンスは温 度に依存するため、 この冷却ソリューションによって最大のプロセッサパフォーマンスを引き出すことが可能になりま す。 サポートされているオペレーティングシステムは、 Linux、 Yocto、 Microsoft Windows 10、 およびWindows Server です。 著者： アンドレアス・ベルグバウアー（Andreas Bergbauer）、 コンガテック プロダクトラインマネージャー

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 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