良好的准备是成功的一半

• 关键词：康佳特,边缘服务器
• 摘要：近期推出的COM-HPC新标准是面向模块化高端边缘服务器。

近期推出的COM-HPC新标准是面向模块化高端边缘服务器。该标准的速度相比COM Express显著提升且接口增加近双倍，因此，对载板设计的要求也急剧提升。开发者们该作何准备以应对全新挑战？

2019年末，PICMG COM-HPC技术子委员会批准了全新高性能嵌入式计算机模块规格的引脚分配。该标准已于2020年正式通过审批，首个模块也正式发布。系统开发者纷纷开始制定初版载板设计并同步准备第一批印制电路板，希望能与英特尔(Intel)和AMD的下一款嵌入式服务器处理器同期发布自己的解决方案。但与日俱增的连接器高速接口密度对载板开发者们（尤其是在信号合规领域）提出了前所未有的挑战。

最新端口

两个400引脚的连接器可提供时钟速率高达25Gb/秒的接口且支持PCIe Gen4和Gen5，而每代新的PCIe都可通过双倍的传输速率提升性能。虽然PCIe Gen3.0的传输速率仅为每秒8GT（8 GT/秒），而PCIe Gen4和PCIe Gen5的传输速率则分别高达16 GT/秒和32 GT/秒。然而近期发布的PCIe Gen6初步细节并未表明其时钟速率有所更改，因此于此情况下运用4电平脉冲幅度调制（PAM4），可使单位时钟的传输量从1比特提升至2比特。由于COM-HPC采用了优化后的56 Gbps 4电平脉冲幅度调制指定连接器，很有可能支持PCIe Gen6带来的技术飞跃。

主要挑战

统计数据表明，开发者仅为12.5%的带宽（COM-HPC最大带宽的八分之一）增加做好了应对准备，这仅就PCIe而言是一个巨大的学习曲线。当然，PCIe Gen6仍是一个遥远的概念且首个系列产品还需多年时间才可上市，但当前的技术飞跃已是艰巨的挑战：从PCIe Gen3 到下一代PCIe Gen4 性能提升了100%，从USB 3.2 Gen2（原USB 3.1 Gen2或SuperSpeed+）到下一代USB 4.0（40GB/s）性能提升了400%，而从10 GbE 到 25 GbE则使性能提升了150%。开发者必须做好万全准备的理由可见一斑。早期符合性测试是确保最终解决方案在测试与实际使用中，都能无瑕运行的一项重要因素。即使设计本身遵守了经过认证的射频、布局安排也能达到最佳的信号质量，但只有通过综合全面的符合性测试才能显露出应用中存在的关键异常。

统计分布与偶发错误

超越符合性边界的系统运行很有可能遭遇意外的停运问题。虽然这类系统在大部分时候运转正常，但在实际使用中可能因外部组件因素而产生故障，而过往经验证明此类难以分析且非常严重的偶发错误往往产生高昂代价。除了通过EMC符合性测试以确保其不超过设定辐射水平之外，高速通信接口的传输器和接收器也必须满足指定的信号质量标准。

符合性证明

以PCIe接口为例，只要两侧设备均符合PCIe规范即可保障主板与外围设备之间能够成功通信。如果数值超出范围但依然临近设定的界限，依然可以正常通信的主板和设备之间在实际使用时可能会出现传输错误。检测到通信错误会触发数据包重发并而导致实际数据传输速率下滑。而通信成功通过实验室测试也无法证明合规，还必须根据精准的测量进行细致入微的设计鉴定。

康佳特等嵌入式计算机模块领域的专家纷纷建立了自己的测试实验室，并配备了价格不菲的高精度测试设备以满足上述要求。内部实验室的优势显而易见：越是深入安全区域就越能保障长期的稳定性与功能性。了解精确的安全界限有助于质量保证和品质改进，第一步就是借助模拟来优化产品。但优化的验证过程需要对接收器（RX）和传输器（TX）进行广泛的合规测量。康佳特在2018年就设立了兼容PCIe Gen5.0、USB 4.0等COM-HPC高速接口的全新测试站，以便对新一代的传输器和接收器进行鉴定。公司还聘请知名信号完整性专家以提供综合全面的服务。

提高散热性能

由于热性质与电性质密不可分，热应力成为在确保嵌入式设计符合性时的另一个关注点。物理因果链对经典嵌入式计算机市场中常见的低功耗产品影响甚微，但由于COM HPC服务器和COM-HPC客户端模块的连接器可达到分别高达300瓦和200瓦，因此对其产生了不容小觑的影响，并进一步提升了模块符合性和应用专属载板的设计复杂度。

除CPU外的所有半导体和电源元件的散热都必须得到优化。良好的热连接通常意味着信号管路中的接口有良好的导电连接。在优化中推荐使用两类热模拟：第一种是完全聚焦于元件散热的纯粹热量方法；另一种则是电热模拟。电路板的电源供应也必须考虑在内。通孔会将热量散逸到GND平面的大块铜箔表面上，所以还需考虑通孔在设计中的效果和位置。但电路板的热量也会影响到相邻信号管路的电阻，阻抗变化随即就会对信号质量产生影响。信号完整性的效果也将随着冷却概念的优化而产生连锁反应。

经认证的符合性

康佳特的终极目标是通过例行测量证明客户能够实现其符合性目标。应当对包括嵌入式计算机模块与匹配载板在内的完整单元进行测试以提供符合性证明。康佳特尽其所能来确保客户随后能通过自己的符合性测试。为达到此目标，包含COM-HPC模块与康佳特参照载板的运作设备，必须先通过自家专用测试实验室的预先符合性测试。恪守高品质标准的嵌入式计算机模块专家，会将传输与接收的预先符合性测试作为产品必须通过的规范测试。康佳特也为客户提供相同的COM-HPC载板/模块符合性测试。这为客户免去了设立自有实验室与仰赖外部测试实验室的成本，并为他们提供了嵌入式计算机模块领导者所具备的专业知识。假使载板符合性测试没通过，也能轻易地找到解决问题的专家。