COM-HPC integriert IPMI zur Verbesserung der QoS für Edgeserver

PICMG hat eine COM-HPC-Schnittstellenspezifikation für das Management von Embedded-Systems-Plattformen eingeführt. Ziel ist es, Edge-Server-Ingenieuren bei der Remote-Verwaltung von Systemen zu unterstützen. Wenn beispielsweise ein System aufgehängt ist, kann ein IT-Administrator mit der gleichen Wirkung auf Reset drücken, als ob er in eine Fabrikhalle oder an einen anderen Standort gegangen wäre. Die Spezifikation zielt auf Edge-Computerdesigns auf der Grundlage von COM-HPC Computer-on-Modulen ab, um die Wartung zu vereinfachen und die Servicequalität zu verbessern.

Remote-Management-Funktionen – bis hin zu Out-of-Band-Management – ​​sind Standardfunktionen für IT-Administratoren. Diese Funktionen umfassen die Überwachung der Systemfunktionalität, die Installation neuer Updates und Patches und die Behebung von Problemen, ohne physisch in Serverräumen anwesend zu sein.

Für viele IT-Dienstleister ist es gängige Praxis, remote auf die On-Premise-Server der Kunden zuzugreifen oder diese irgendwo in der Cloud zu hosten. Die Remote-Management-Fähigkeiten, die diese bewährte Praxis unterstützen, werden mit der Einführung der neuen PICMG COM-HPC-Schnittstellenspezifikation auf Edge-Server- und Gateway-Layer-Technologien ausgeweitet (Abbildung 1). Um die Digitalisierung und das IIoT, Edge-Server- und Gateway-Layer-Technologien zu ermöglichen, sind Remote-Management-Funktionen erforderlich, um die Lücke zwischen IT auf Unternehmensniveau und Betriebstechnologie (OT) auf Industrieniveau zu schließen.

Abbildung 1. Der COM-HPC-Standard ist für die neue Edge-Computing-Schicht konzipiert, die verteilt wird. Serviceprovider für diese neue IT-Schicht benötigen daher umfassende Remote-Management-Funktionen, ähnlich wie bei verteilten On-Premises- oder Cloud-Geräten.

Ingenieure, die auf Computer-on-Modules basierende Edge-Layer-Plattformen entwickeln, möchten diese Fähigkeiten typischerweise so implementieren, dass sie auf spezifische Anforderungen zugeschnitten werden können. Um diesem Wunsch nachzukommen, hat PICMG eine COM-HPC-Unterspezifikation für das Systemmanagement eingeführt. Um das Rad nicht neu zu erfinden, greifen Teile der COM-HPC-Unterspezifikation auf die Spezifikation des Intelligent Platform Management Interface (IPMI) zurück.

Lassen Sie uns einen tieferen Einblick in die COM-HPC-Unterspezifikation für die Systemverwaltungsschnittstelle werfen, um zu verstehen, wie sie COM-HPC-Designs nutzt.

Langlebigkeit und Stabilität sind wichtig

Die Aufgabe, die QoS von Edge-Servern zu verbessern, fiel an IPMI, da es seit 1998 existiert, nach zusätzlichen Revisionen in den Jahren 2001 und 2004 einen robusten Zustand erreicht hat und allgemein akzeptiert wird. Der PICMG-Unterausschuss verwendete auch die Redfish-Spezifikation, die auf einer Representational State Transfer (RESTful) API basiert und ständig neue Funktionen veröffentlicht.

Die IPMI-Spezifikation definiert die Protokolle, Schnittstellen und Architektur für die Überwachung und Verwaltung eines Computer-Subsystems (Abbildung 2). IPMI standardisiert das Format zur Beschreibung von Low-Level-Hardware sowie das Format zum Senden und Empfangen von Nachrichten von einem Board Management Controller (BMC).

Abbildung 2. IPMI-Anrufe können entweder über das Netzwerk an ein Remote-System oder an ein lokales Subsystem gesendet werden. In den meisten Fällen ist die Modularität eines Systems ein Grund, die IPMI-Funktionen auch auf Subsysteme – wie Computer-on-Modules – auszudehnen.

IPMI-Nachrichten können entweder über das Netzwerk an den BMC eines Remote-Systems oder von einem BMC an ein lokales Subsystem, z. B. ein Netzteil, gesendet werden. Diese Vielseitigkeit beim Versenden von IPMI-Nachrichten ermöglicht es, komplexe administrative Aufgaben in mehrere Teilbereiche zu unterteilen.

Die Meldungen können den aktuellen Zustand der Hardware abfragen oder den BMC zum Handeln anweisen – zum Beispiel den BMC anweisen, die Systemkühlung zu erhöhen, das System zum Neustart anweisen oder einen Sensor auslesen. Dadurch, dass Verwaltungsaufgaben auf eine dedizierte physische Hardwarekomponente ausgelagert werden können, wird die Belastung der Hosthardware und des Betriebssystems verringert. Die IPMI-Spezifikation entkoppelt auch die Systemverwaltung von der Zielplattform, sodass Systemverwaltungsfunktionen auch dann initiiert werden können, wenn die Zielplattform ausgefallen ist.

All diese Funktionen haben die IPMI-Spezifikation zu einem De-facto-Standard für die Verwaltung von Serverhardware gemacht. Die Langlebigkeit der Spezifikation wird dadurch gewährleistet, dass die Entwickler der Spezifikation die benötigten Befehle bewusst sehr einfach gehalten haben, um Missverständnissen keinen Raum zu lassen.

Der flexible Rahmen der IPMI-Spezifikation ermöglicht das Hinzufügen neuer Netzwerkfunktionen (NetFn) und Anweisungen über die obligatorischen und optionalen Befehle der ursprünglichen Spezifikation hinaus. Verschiedene Arbeitsgruppen der Industrie haben bereits von dieser Freiheit profitiert und ihre eigenen spezifischen Netzwerkfunktionen und Befehle definiert, um Technologien und Funktionen zu handhaben, an die bei der Erstellung der Spezifikation nicht gedacht wurde.

Viele Fernverwaltungsoptionen

Bei Computer-on-Modules-Systemen vereinfacht das flexible Framework die Anpassungen, die für das Hinzufügen von Remote-Management erforderlich sind. Eine Anpassung betraf das COM-HPC Embedded EEPROM (EEEP). Das EEEP enthält Informationen zu Anbietern, Speichersteckplätzen, Netzwerkfunktionen und mehr. Viele dieser Informationen sind die gleichen, die in der IPMI Field Replaceable Unit (FRU) gespeichert sind. Um eine Duplizierung dieser Daten zu vermeiden, enthalten die COM-HPC-Fernverwaltungsfunktionen Empfehlungen, wie ein IPMI-Gerät die FRU mit den im EEEP-Gerät enthaltenen Informationen füllen sollte.

Angesichts der breiten Palette von Märkten für COM-HPC-Module, darunter Remote-Rechenzentren, Fog-/Edge-Server und entfernte Installationen, ist ein flexibles Angebot an Remote-Management-Optionen wichtig. Dabei mussten die Entwickler auch berücksichtigen, dass der Standard sehr unterschiedliche Reifegrade der IPMI-Unterstützung für Module und Carrierboards vorgibt.

Die IPMI-Reifegrade der Module reichen von nicht verwalteten Modulen (M.U) und verwalteten Basismodulen (M.B) bis hin zu vollständig verwalteten Modulen (M.F). Die Ebenen der Trägerplatinen reichen von nicht verwalteten (C.U) bis hin zu verwalteten Trägerplatinen (C.M). Die Unterschiede werden in der Spezifikation detailliert erklärt, aber das Wichtigste zu diesem Zeitpunkt ist, dass all diese Module und Trägerplatinen interoperabel bleiben.

Die COM-HPC IPMI-Spezifikation ermöglicht den korrekten Betrieb aller Arten von Trägerplatinen mit allen Arten von Modulen.

Flexible Verwaltung und Kontrolle von Plattformen

Der IPMI-Unterausschuss COM-HPC der PICMG erkannte, dass die verschiedenen Szenarien, in denen grundlegende Verwaltungsfunktionen benötigt werden, nicht von einer einheitlichen Lösung bedient werden können. Daher stehen verschiedene Kombinationen aus Modul- und Trägerdesign für Aufgaben wie das Ein- und Ausschalten des Systems oder das Anweisen des Systems zum Abrufen von Netzwerkinformationen zur Verfügung.

Wenn Sie beispielsweise mit einem einzelnen Trägerboard mit bis zu vier Modulen arbeiten, ist es effizienter, wenn jedes Modul über unabhängige vollständige Verwaltungsfunktionen verfügt. Ein anderes Szenario könnte jedoch von einer vollwertigen IPMI-Implementierung auf der Trägerplatine profitieren, die eine Anpassung an bestimmte Funktionen ermöglicht, unabhängig davon, ob das Modul verwaltet oder nicht verwaltet wird (Abbildung 3).

Abbildung 3. Module und Carrier-Boards können unterschiedliche Reifegrade der IPMI-Unterstützung aufweisen, bleiben jedoch miteinander interoperabel, was verschiedene Systemkonfigurationen ermöglicht – von einem einzelnen nicht verwalteten Carrier mit vier verwalteten Modulen bis hin zu einem verwalteten Carrier mit nicht verwalteten Modulen.

Es wird immer Systemdesigner geben, die keine Verwaltungsfunktionen wollen. Und es wird immer Systemdesigner geben, die minimale Verwaltungsfunktionen wünschen. Daher war es wichtig, der Interoperabilität zwischen allen Modulverwaltungsebenen Priorität einzuräumen. Aber es war auch wichtig, dass Designer Zugriff auf so viele Ressourcen wie möglich haben.

Je mehr Zugriff auf Systemressourcen gewährt wird, desto leistungsfähiger wird IPMI. Diese Beziehung zwischen Zugriff und Leistung ist der Grund, warum die neue COM-HPC-Spezifikation einige spezifische Schnittstellen hat, die die umfassendsten Systemverwaltungsfunktionen bieten. Die erste davon ist die Intelligent Platform Management Bus (IPMB)-Schnittstelle, die es einem Trägerplatinen-BMC ermöglicht, auf den Module Management Controller (MMC) zuzugreifen.

Die Spezifikation ist jedoch nicht auf diesen Bus beschränkt. Eine neue Schnittstelle speziell für ein Carrier-Board-BMC ist die dedizierte separate PCI Express Lane, die einen Grafikcontroller enthält und ansteuert.

Zusätzliche Schnittstellen, die für die Verwendung durch IPMI bestimmt sind, sind eine I2C-Schnittstelle, USB-Anschlüsse und die Bedienelemente des Netzschalters. Über diese dedizierten IPMI-Kanäle – auch aus der Ferne über BMC zugänglich – können Systemadministratoren nahezu das gesamte Plattformverhalten für beste QoS, minimale Ausfallzeiten und effizienteste Fernwartung steuern.

Um einige Beispiele zu nennen:

• Über die I2C-Schnittstelle kann auf die EEEP-Daten des Moduls zugegriffen werden.
• Die USB-Anschlüsse können verwendet werden, um USB-Geräte wie Tastatur und Maus oder ein DVD-Laufwerk zu emulieren.
• Die Stromregler können verwendet werden, um das System aus der Ferne ein- und auszuschalten.
• Die Stromregler können verwendet werden, um den Systemstart zu verzögern, während der BMC eine zusätzliche Plattforminitialisierung durchführt.

Die neue PICMG COM-HPC-Subspezifikation ebnet daher den Weg für eine umfassende IPMI-Plattform-Management-Funktionalität. Ingenieure können über Hardware-Design-Schemata für die Implementierung von IPMI nachdenken. Gleichzeitig können Modulhersteller und ihre Partner an BMC- und MMC-Implementierungen arbeiten, beispielsweise mit SP-X und/oder Open-Standard-Firmware wie OpenBMC (Abbildung 4).

Abbildung 4. Die ersten auf dem Markt erhältlichen congatec COM-HPC Client Module sind mit 11 Varianten von Intel Xeon, Core und Celeron Prozessoren (Codename Tiger Lake U und Tiger Lake H) ausgestattet. Das congatec Starterkit mit Eval Carrier Board und Kühllösung ist bereits funktionsvalidiert erhältlich. Kundenspezifische COM-HPC PMI Implementierungsvarianten werden bei Bedarf unterstützt.

OpenBMC ist eine Linux-Distribution für Management-Controller, die in Servern, Top-of-Rack-Switches, RAID-Appliances und anderen Geräten verwendet werden. OpenBMC verwendet Yocto, OpenEmbedded, systemd und D-Bus zur einfachen Anpassung von Plattformen. Es ist vollständig IPMI 2.0-kompatibel mit DCMI und bietet Host-Management wie Stromversorgung, Kühlung, LEDs, Inventar, Ereignisse und Watchdog.

OpenBMC bietet auch eine breite Auswahl an Schnittstellen, die von Remote KVM, SSH-basiertem SOL und webbasierten Benutzeroberflächen bis hin zu REST- und D-Bus-basierten Schnittstellen reichen. Ingenieure profitieren von Hardwaresimulation sowie automatisierten Testfunktionalitäten. Die Unterstützung von Code-Updates für mehrere BMC/BIOS-Images rundet den aktuellen Funktionsumfang ab.

Schlussfolgerung

Ein großer Vorteil für Systemhersteller besteht darin, dass die PICMG COM-HPC Computer-on-Modules-Spezifikation zwar brandneu ist, aber bewährte IPMI- und Redfish-Managementtechnologien enthält, auf denen Innovationen entwickelt werden können.

Dies wird der Akzeptanz der neuen COM-HPC Computer-on-Modules-Spezifikation von PICMG mit Sicherheit Impulse verleihen.