COM Express type7正朝着"服务器模块”的方向发展

最成功的计算机模块标准3.0版本中添加了新的引脚类型，将COM Express的应用范围扩展到服务器型应用。

COM Express 是由PICMG联盟(www.picmg.org)制定的计算机模块标准。第一版于2005年发 布，并于2010年和2012年进行了更新。最新发布的3.0版本定义了4种不同尺寸和3种引脚配置。

新推出的Type 7并不是要取代已受到广泛认可的Type 6模块，它将所有音频和视频接口换成了4个10G以太网端口和共计32条PCI Express通道，从而可支持增强型微型服务器以及既要求低功耗、但又要实现高计算能力和通信吞吐量的其它服务器类型应用。

COM Express尺寸

-Mini 84 x 55 mm2

-Basic 95 x 125 mm2

-Compact 95 x 95 mm2

-Extended 110 x 155 mm2

COM Express引脚

PICMG规范定义了不同的引脚类型，以满足特定的应用需求。Type 1，3，4和5引脚被视为传统类型，不再用于新设计。不过配置了传统引脚的产品仍然可用，请参阅COM Epxress规范的修订版本2.1。

实际尺寸/引脚组合

Mini尺寸的计算机模块首次出现在2.1版本中，仅针对单连接器Type10引脚实施。目前最常见的模块是Type 6，它代替了传统Type 2计算机模块。

尺寸为110x155mm2的扩展型(extended)模块，未达到以往的市场要求。而以服务器为导向的新型Type 7引脚是在3.0版本的COM Express规范中定义的，由于服务器型应用需要更大的DRAM容量，并寻求达到极高的CPU性能等级，因此Type 7模块将在该领域发挥作用。COM Express最大支持137W的功耗。尺寸增大后，可为存储器提供更大空间，并可实现更好的散热性，从而可支持更高的功耗。将新型Type 7引脚与Type 6引脚进行对比时，不难发现前者将无法替代后者。Type 7引脚的目标应用对象是低功耗、高计算密度和高I/O吞吐量的无显示服务器应用。

与Type 6相比，新型Type 7定义移除了所有音频和视频接口、包含4个USB 2.0接口、Express Card和2个SATA端口，从而释放了AB连接器上的60个引脚以及CD连接器上的另外42个引脚。这102个新释放的引脚与之前预留的一些引脚相结合，已被用于增加额外的PCI Express通道和四个10 GB以太网KR通道，并具有完整的NC-SI边带信号。

Type 7 COM Express模块可提供的最高性能

-4x 10GBaseKR 以太网(含NC-SI)

-1x 1GB以太网

-32x PCI Express 3.0通道

-2x SATA

-8x GPIO (与SDIO共享)

-2x 串口(与CAN共享)

-LPC 总线(与eSPI共享)

-SPI 和I2C总线

10 GBit以太网

除了现有的1Gb以太网，COM Express Type 7引脚定义了多达4个10GBASE-KR端口，其最大理论数据性能高达10 Gb/s。10GBASE-KR定义了一条背板通道(参见IEEE 802.3/49)，从而可以不受预定义物理接口的限制。定义物理传输层的PHY不在模块上，但需要在载板上实现。载板配置最终定义了实现数据传输的方式：通过铜缆或光缆传输。为了获得更多的灵活性，可以配置可交换的SFP+ (小型可插拔)模块。

还可以将多个10Gb以太网信号的性能结合起来。10GBASE-KR的4条通道可合并40GBASE-KR4的一个PHY。

COM Express 10GBASE-R接口的特点还包括软件定义引脚(SDP)分别给4个接口。该物理引脚可配置为输入或输出，并且通过相应的以太网控制器进行控制。典型应用为基于硬件的精确定时协议，用于加强版的实时处理。

NC-SI以太网边带信号

网络控制器边带接口(NC-SI)定义了连接底板管理控制器(BMC)的协议和电气接口，底板管理控制器用于启用带外远程管理功能。该接口由DMTF (分布式管理任务组-参见http://www.dmtf.org)定义，并全面实现于COM Express Type 7模块。

NC-SI 定义可在载板上实现的网络控制器与带外管理控制器之间的连接。它支持在管理控制器与外部管理应用之间进行通信。

NCSI 信号:

-NCSI_CLK_IN时钟参考

-NCSI_RXD[0:1]接收数据（从网络控制器发往底板管理控制器）

-NCSI_TXD[0:1]发送数据（从底板管理控制器发往网络控制器）

-NCSI_CRS_DV载波检测/接收数据并验证于网路控制器

-NCSI_TX_EN发送使能

-NCSI_RX_ER接收错误

-NCSI_ARB_IN网络控制器硬件仲裁输入

-NCSI_ARB_OUT网络控制器硬件仲裁输出

大容量存储设备接口

移除两个SATA端口乍看起来令人感到困惑，因为服务器应用总是渴望拥有大存储容量，但当前的技术发展趋势明确告诉我们SATA硬件驱动器将逐步被快速固态硬盘(SSD)所取代。由于SSD的速度要快得多，因此SATA接口便会成为性能瓶颈，并将被透过PCI Express接口连接大容量设备的NVMe (NVM Express或非易失性存储器主机控制器接口规范-参见www.nvmexpress.org)所取代，而PCIe通道数增多的Type 7无疑可满足这一需求。

SATA与PCI Express的性能比较

NVMe对比SATA所具有的优势

NVMe是进行了优化的PCI Express SSD接口。这一逻辑器件接口是完全重新定义的，以便利用基于闪存的存储设备的低延迟和并行内部结构。NVMe的目标是实现基于SSDs的PCIe的所有性能优势，并标准化用于快速SSD的PCIe接口。NVMe规范定义了基于PCI Express的SSD的优化寄存器接口、命令集以及功能集。NVMe降低了I/O开销，并实现了各种性能改进，包括多个长命令队列，提升了中断处理过程并缩短延迟。

对于经典的服务器应用，NVMe大容量存储设备可用作标准规格PCI Express扩展卡。对于移动应用和嵌入式应用，通常使用最多包含4条PCIe通道的M.2规格。

即将发布的非易失性存储器技术

英特尔已于2016年发布基于其全新3DXpoint技术的Optane SSD产品。此项新技术基于相变技术，与NAND闪存技术相比，性能和耐用性将提高1000倍。3D Xpoint基于单元的三维堆叠，与DRAM技术相比，3D Xpoint的密度将提高10倍。

如果采用SATA，此项新技术承诺实现的性能和耐用性将非常有限，但使用NVMe则有更多的空间利用最大性能等级。

热管理和功耗

数据中心应用需要的高密度计算性能与能耗直接相关。造成的直接影响是预计在未来不会下降的能源成本。计入总使用成本的不仅仅是计算机能耗，还包括提供冷却所需要的能源。计算机能耗越低，其冷却成本就越低。高效冷却还可提高芯片的可靠性和使用寿命。利用当前处理器的涡轮增压功能，良好的冷却机制还可以额外提高计算性能。涡轮增压可在处理器温度保持在足够低的情况下实现超频。

为了提高效率，大多数COM Express产品都采用移动应用和低功耗应用中的嵌入式计算机技术。COM Express规范将散热器定义为可接至系统外壳的散热接口。这一扁平的平面可轻松集成到服务器应用中，并可快速实现技术升级，无需更改机械和/或电气系统结构。今后，芯片供应商不断变化的发展蓝图将不再是一个挑战。

COM Express 规范还定义了用于连接环境传感器的I2C总线，可连接多个温度传感器，从而提高系统监测性能。

开放式计算项目

一些规模最大的数据中心运营商(即Facebook和Google)正在大力推广开放式计算项目(http://www.opencompute.org)，以提高其服务器平台的效率、灵活性和可扩展性，这正是COM Express可发挥其"服务器模块"功能来增强电信和/或数据中心应用功能的众多领域之一。

与Type 6模块的兼容性对于无显示应用，可以将Type7模块与Type6载板结合使用。如果某些接口未被载板利用，这种组合将可用。

移除的接口

-SATA[2:3]

-AC97/HDA Audio

-USB[4:7]

-EXCD[0:1]

-eDP / LVDS

-VGA

-DDI[0:2]

规范

PICMG小组委员会于2015年12月开始制定3.0版的COM Express规范(COM.0)。上述功能集和引脚已确定。规范本身也在2016年第4季度发布。德国康佳特(congatec)是PICMG的执行委员。

首款产品

"服务器模块" conga-B7XD是新一代COM Express最先推出的几款产品之一，该产品基于PICMG官方发布的引脚，提供两个10GBit以太网端口(10GBaseT-KR)和32条PCI Express通道 。

32条PCI Express通道功能在最近加入到此规范中。有一些供应商已根据实行的规范版本生产产品。这些产品仅可提供24条PCI Express通道，并且不合符COM Express 3.0规范。

提供的计算性能堪比一些大型服务器。初始配置为16核Intel® Xeon®处理器D1577，可降级为Intel® Pentium® D1519，该处理器指定用于扩展温度范围-40°C到+85°C。支持的内存最大可达到48 GByteDDR4-2400，还可支持ECC(错误校正码)存储模块，这一点对于多类应用至关重要。

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