Echtzeit-Kommunikation mit modularer Mikroserver-Technologie

| Autor / Redakteur: Zeljko Loncaric * / Margit Kuther

Das Gleichgewicht zwischen Netzwerk und Servern

Solche Echtzeit-Fähigkeiten kann durch eine Lastverteilung (Load-Balancing) im Kommunikationskanal erreicht werden; ist zudem harte Echtzeit erforderlich, kann dieser Kommunikationskanal auch deterministisch konfiguriert sein. Gleiche Prinzipien gelten für die Anwendungsserver. Sie können durch den Einsatz virtueller Maschinen ausbalanciert werden, um die Ressourcen bedarfsgerecht zuzuteilen. Solche virtuellen Maschinen können auch aus vernetzten Servern oder vernetzten Ressourcen wie NAS- oder SAN-Speichern bestehen; für harte Echtzeit kann all dies auch deterministisch konfiguriert werden.

Mit der Installation eines derart vernetzten Systems lassen sich nicht nur qualitativ hochwertige Echtzeit-Services erreichen. Das gesamte System arbeitet auch ökonomischer, indem es viele Anwendungen auf virtuellen Maschinen betreibt, die auf einem einzigen System installiert sind, anstatt für jede Anwendung jeweils einen eigenen, dedizierten Server zu installieren.

Solche Strategien können sicherstellen, dass das Serverinventar konsolidiert wird und dass keine Rechenleistung verschwendet wird – was letzten Endes Kosten spart.

Deshalb werden mehr und mehr virtualisierte Servertechnologien unter extremeren Umweltbedingungen eingesetzt – von ausfallsicheren Edge-Netzwerkservern auf Dächern bis hin zu verschiedenen industriellen Bereichen wie der Robotik und der Maschinensteuerung.

Man stelle sich nun vor, das virtualisierte System sei eine Industrie-4.0-Maschine, eine Roboterzelle für die Montage von Autos oder auch ein Videoserver für die öffentliche Videoüberwachung mit Objekterkennung in Echtzeit. Vielleicht ist es auch ein System für autonomes Fahren oder robustes Netzwerk-equipment mit Deep Packet Inspection auf Dächern.

Alle diese Systeme haben ähnliche Verarbeitungs- und Umweltanforderungen – etwa den Support von erweiterten Temperaturbereichen und Temperaturschwankungen sowie kleinen Formfaktoren – aber sehr unterschiedliche Anforderungen an das Systemdesign. Um all diese unterschiedlichen Anforderungen erfüllen zu können, ist “ein Server für alle Fälle“-Design vollkommen ungeeignet.

Genau für diese heterogenen Systeme hat die PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) die neue Spezifikation der COM Express Type 7 Server-on-Module ins Leben gerufen. Sie unterstützt Entwickler bei der Design-Herausforderung, zum einen dedizierte, zum anderen preislich attraktive Server-Technologien zu bauen, indem sie kommerzielle Standardkomponenten verwendet.

Herausforderung personalisiertes Design

Server-on-Module sind anwendungsfertige Super-Komponenten, die Entwicklern höchste Design-Effizienz bieten – sie müssen lediglich das anwendungsspezifische Carrierboard entwerfen anstelle eines weitaus aufwändigeren Full-Custom-Boards. Für den Einkauf ergibt sich der Vorteil, dass sich die Stückliste von vielen Komponenten auf ein einziges Modul für den Prozesskern reduziert. Dies ist jedoch nur ein kleiner Teil des Effizienzgewinns.

Viel wichtiger ist die Tatsache, dass man auch erheblich weniger Aufwand betreiben muss, um den Prozessor, RAM und die vielfältigen High-Speed-Schnittstellen einzudesignen. Auch muss man sich nicht um das gesamte Board Support Package mit allen notwendigen Treibern, Bibliotheken und APIs kümmern. Zudem lässt sich die Leistung nicht nur innerhalb einer Prozessorfamilie, sondern über alle relevanten Prozessoren aller Anbieter skalieren. Die Standardisierung der Schnittstellen bietet auch maximale Designsicherheit, sodass langfristig sogar Retrofit-Designs mit identischen Schnittstellen möglich sind.

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