COM-HPC-Client-Modul mit integrierten KI-Beschleunigern für Edge-Computing

Congatec hat das einsatzfertige conga-HPC/cRX1 vorgestellt, ein COM-HPC-Client-Modul der Baugröße C mit Prozessoren der Serie AMD Ryzen AI Embedded X100, das für rechenintensive Anwendungen der physikalischen KI entwickelt wurde. Das System richtet sich an die Industrieautomation, Medizintechnik, Robotik sowie autonome Nutzfahrzeuge in der intelligenten Landwirtschaft, Logistik und Forstwirtschaft.

Integrierte Architektur für Arbeitslasten der physikalischen KI
Anwendungen der physikalischen KI erfordern eine Echtzeitverarbeitung, um Sensorik, Steuerung und Entscheidungsfindung in dynamischen Betriebsumgebungen zusammenzuführen. Das conga-HPC/cRX1 adressiert diese Rechenanforderungen durch die Integration von bis zu 16 AMD „Zen 5“-CPU-Kernen mit Taktfrequenzen von bis zu 5,1 GHz. Sequenzielle Verarbeitungsaufgaben wie Bewegungsplanung, Echtzeitsteuerung und Sensorfusion laufen auf dem CPU-Kern-Array ab.

Parallele Verarbeitungsaufgaben, darunter Umgebungs-Wahrnehmung und Objekterkennung, werden auf eine integrierte AMD Radeon RDNA 3.5 GPU mit bis zu 40 Compute Units ausgelagert. Die GPU bietet bis zu 59 TOPS INT8-Inferenzleistung und 29,7 TFLOPS FP32-Rechenleistung, was die lokale Ausführung von großen Sprachmodellen (LLMs) und visuellen Analysen mehrerer Datenströme ohne zusätzliche Erweiterungskarten ermöglicht. Für kontinuierliche Hintergrundaufgaben wie Sprach- und laufende Bilderkennung liefert eine dedizierte AMD XDNA 2 Neural Processing Unit (NPU) bis zu 50 TOPS an energieeffizienter KI-Rechenleistung.

Technische Spezifikationen und Speicherinfrastruktur
Das Modul wird im COM-HPC-Client-Formfaktor der Baugröße C gefertigt und misst 120 mm × 160 mm. Die Thermal Design Power (TDP) ist konfigurierbar von einer Basis-Einstellung mit 45 W für energieeffiziente Anwendungen bis hin zu 120 W für maximalen Rechendurchsatz, wobei die Standard-Basis-TDP bei 55 W liegt. Das System arbeitet im industriellen Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C.

Um datenintensive Aufgaben wie GPGPU-Verarbeitung (General-Purpose Computing on Graphics Processing Units) zu unterstützen, verfügt das Modul über bis zu 128 GB vereinheitlichten LPDDR5X-8533-Arbeitsspeicher, der direkt auf der Platine verlötet ist. Das Verlöten der Speicherkomponenten erhöht die mechanische Stabilität gegenüber Schock und Vibration in mobilen Einsätzen und Schwermaschinen. Die Unified-Memory-Architektur eliminiert dedizierte Busübertragungen zwischen getrennten CPU- und GPU-Speicherpools, was die Datenübertragungslatenz verringert. Optionaler On-Board-NVMe-Speicher mit bis zu 512 GB bietet direkten Zugriff für lokale Betriebssysteme und KI-Modellgewichtungen.

Industrielle Schnittstellenoptionen und Konformität zur Cybersicherheit
Peripheriegeräte und hochgradig bandbreitenintensive Erweiterungskarten werden über bis zu 24 PCIe-Gen4-Lanes angebunden. Diese Lanes nehmen Multi-Gigabit-Industrie-Ethernet-Adapter, Feldbus-Controller und drahtlose Kommunikationsmodule auf. Die integrierte externe Konnektivität umfasst:

Die Entwicklungs- und Lebenszyklusprozesse für das conga-HPC/cRX1 entsprechen der industriellen Cybersicherheitsnorm IEC 62443-4-1. Dies unterstützt Gerätehersteller dabei, die technischen Vorgaben des EU Cyber Resilience Acts zu erfüllen, der im Dezember 2027 in Kraft tritt. Hardwarebasierte Sicherheit wird durch ein integriertes Trusted Platform Module (TPM 2.0) ergänzt.

Software-Ökosystem und Workload-Virtualisierung
Die Softwareentwicklung basiert auf dem Open-Source-Stack AMD ROCm für Hochleistungsrechnen und Machine-Learning-Frameworks. Zu den unterstützten Betriebssystemen gehören Microsoft Windows 11, Windows 11 IoT Enterprise und Linux-Distributionen.

Vorkonfigurierte Softwareoptionen werden im Rahmen der aReady.COM-Initiative angeboten, darunter lizenzierte Implementierungen von ctrlX OS, Ubuntu Pro und KontronOS. Funktionen für Echtzeitsteuerung, Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), KI-Ausführung und IIoT-Gateway-Betrieb können mithilfe von aReady.VT, das die Hypervisor-Technologie conga-zones integriert, auf einem einzigen physischen Modul zusammengeführt werden. Fernwartung, Diagnose und Datenerfassung werden über aReady.IOT-Softwarebausteine verwaltet.

Zusätzlicher Kontex
Dieser Abschnitt detailliert technische Spezifikationen und Wettbewerbs-Benchmarks, die in der ursprünglichen Produktankündigung nicht enthalten waren.

In Embedded-Computer-on-Module-Architekturen erforderte hochleistungsfähiges Edge-Processing historisch die Paarung eines x86-Hostmoduls mit einer dedizierten PCI-Express-Beschleunigerkarte oder die Nutzung proprietärer System-on-Module (SOM)-Plattformen wie Nvidia Jetson AGX Orin.

Das congatec conga-HPC/cRX1 basiert auf dem offenen Standard PICMG COM-HPC Client Baugröße C und integriert x86-CPU, GPU und NPU in einer einzigen Einheit. Es unterstützt bis zu 128 GB vereinheitlichten LPDDR5X-8533-Arbeitsspeicher und erreicht eine kombinierte KI-Leistung von bis zu 109 TOPS (50 TOPS über die NPU und 59 TOPS über die GPU) über einen konfigurierbaren Thermal-Design-Power-Bereich von 45 W bis 120 W, während es in industriellen Temperaturbereichen von -40 °C bis +85 °C arbeitet.

Im Vergleich dazu setzen traditionelle High-End-Architekturen auf getrennte x86-CPU-Module, die mit dedizierten PCIe-GPU- oder NPU-Zusatzkarten verbunden sind. Diese getrennten Systeme verfügen über getrennten DDR5-Systemspeicher und dedizierten Grafikspeicher, verbrauchen häufig 150 W bis über 300 W und arbeiten in engeren thermischen Fenstern, die typischerweise auf 0 °C bis +60 °C beschränkt sind.

Alternative proprietäre SOM-Designs wie das Nvidia Jetson AGX Orin 64GB nutzen eine integrierte ARM-CPU zusammen mit der Ampere-GPU-Architektur und Deep-Learning-Beschleunigern (DLA). Das Jetson AGX Orin bietet 64 GB LPDDR5-Speicher, liefert bis zu 275 Sparse INT8 TOPS bei geringeren Leistungsbudgets von 15 W bis 60 W und arbeitet von -25 °C bis +85 °C.

Die Integration von Rechen-, Grafik- und Neuronalen Prozessoreinheiten auf einem COM-HPC-Modul nach offenem Standard reduziert den physischen Gesamtraumbedarf, senkt die thermische Verlustleistung und eliminiert mechanische Fehlerquellen, die mit PCIe-Steckverbindern in hochvibrationsbehafteten Industrieanwendungen verbunden sind.

Redigiert von Evgeny Churilov, Induportals Media – Angepasst durch KI.

www.congatec.com