美國軍方一直在尋找能夠提高軍事能力的技術，同時將作戰人員的風險降至最低。COM-HPC標準有望增加邊緣計算的功能，并迎來新的應用，這些應用將永遠改變軍事行動的進行方式。在軍事用途中采用COM-HPC存在多種機會以及一些挑戰。

什么是 COM-HPC？

COM-HPC 是由 PCI 工業計算機制造商集團 （PICMG） 開發和批準的新計算標準，最近于 2021 年初獲得批準。該標準適用于高性能計算機模塊（COM）。COM-HPC 旨在滿足嵌入式計算機和邊緣服務器對高速性能的需求。

高性能計算 （HPC） 是聚合計算能力以提供比從典型工作站獲得的性能更高的性能的做法。它利用并行計算等技術實時解決傳統計算系統無法解決的大型復雜問題。HPC系統用于軍事指揮和控制環境，以促進戰術作戰中心和作戰人員之間的通信。

COM-HPC 標準建立在當前的 COM Express 規范之上，以滿足對比 COM Express 定義的 440 引腳更多的接口的需求;這種指定的大小限制了功能強大的新邊緣服務器的可擴展性，并對其滿足工業和軍事應用程序要求的能力產生了負面影響。COM Express 標準中定義的連接器也正在達到其最高性能水平：它可以處理 PCIe Gen 3 所需的 8.0 GH 時鐘速度和 8 Gbit/秒吞吐量，但可能無法充分運行 PCIe Gen 4、5 和 6 等新進步。

軍事高性能計算用途

計算能力的許多軍事應用都需要實時收集和處理數據。自 1992 年以來，軍方一直對 HPC 感興趣，當時啟動了高性能計算現代化計劃 （HPCMP），以履行國會關于實現美國國防部 （DoD） 現代化的指令。其目標是通過使用高性能的計算機硬件和軟件來解決現代軍事和安全問題。該計劃整合了在陸軍和海軍等各個軍事部門的實驗室和測試中心進行的超級計算研究。

自 1992 年以來，計算世界發生了很大變化;首先，“云”和邊緣計算在當時無處可尋。隨著技術格局的發展，軍方開始利用云計算等進步。HPCMP的目標之一是開發能夠執行高級仿真的系統，作為預測建模的基礎。2018年太空部隊的引入激發了人們對HPCMP的新興趣，因為它試圖確定技術來協助探索，衛星通信，并最終從衛星和潛在的太空武器系統進行監視和情報。

軍方目前以多種方式采用HPC解決方案，因為它發現可靠決策所需的大量數據呈指數級增長。通過使用并行計算和 GPU ［圖形處理單元］ 的高級處理功能，HPC 系統可以以大大提高的速度執行計算，以充分利用數據資源。應用包括：

增強的圖像處理：需要處理衛星或無人機（UAV）捕獲的圖像，以提高其提供的信息質量。HPC/GPU 系統處理這些數據的速度比傳統的基于 CPU 的系統快 12 到 40 倍。邊緣處理對于數據更可用、有效和及時且延遲有限至關重要。目標是將這些系統部署在高處或現場，以消除將數據傳輸到遠程數據中心進行處理的需要。

地理空間智能：借助專用軟件和 HPC 硬件，系統可以在幾秒鐘而不是幾天內繪制大面積區域。使用衛星圖像和基于 GPU 的系統，可以在不到 20 秒的時間內詳細繪制一個 200 平方英里的城市。這種能力對于為軍事指揮和地面靴子提供情報至關重要。

SWaP-C 的優勢：SwaP-C ［尺寸、重量、功率和成本］ – 所有特性對于設計用于必須易于移動設備且電源可能有限的現場使用的系統都是必不可少的。GPU 技術使系統更小、更輕，功耗更低，同時提供高級計算功能。

堅固耐用的 HPC：現場使用的設備需要符合軍用標準，以承受過度振動、沖擊和溫度。軍方還需要電子包裝來保護這些資產免受沙子和灰塵等元素的影響。

COM-HPC 在軍事用途中的優勢

邊緣計算，即在現場而不是在集中式數據中心完成處理，在整個工業和軍事領域變得越來越重要。外勤人員進行有助于決策的計算的能力，可決定特派團的成敗。消除傳輸要處理的數據的需要可以節省時間并消除可能在處理任務的行動中造成嚴重延遲的故障點。

COM-HPC提供了一套技術規范，解決了為軍事提供最佳計算解決方案而需要解決的許多問題。其中一些包括：

擴展 RAM 功能：COM-HPC 服務器模塊設計用于在 8 個 DIMM 插槽中托管多達 1 TB 的 RAM。此配置可將 I/O 性能提高到 256 GB/秒。

更多引腳和接口：COM-HPC 標準中的引腳數量已從 440 個增加到 800 個，幾乎是單個模塊可以建立的連接數量的兩倍。這種提升將以更小的外形提供更多的功能和優勢，這將使作戰人員受益。

增強的服務器主板管理：通過新的服務器接口實現靈活配置，該接口允許使用薄插槽卡來減小機架系統的尺寸。

這些功能結合在一起，有望提供更高性能的緊湊、移動、多功能和可靠的系統，從而帶來更成功的結果。

軍事 HPC 系統挑戰

不同的挑戰影響著 HPC 在軍事應用中的廣泛采用。一個是網絡安全，這個話題會影響所有計算環境，并對軍方使用的系統提出額外的關注。HPC系統必須確保數據的安全傳輸，并消除軍事應用受到損害的可能性，從而使任務面臨風險。另一個挑戰是網絡：需要具有數十萬個端點和智能傳感器的大型網絡來實現軍方所需的可行邊緣計算。驗證這些端點和傳感器的連接性和安全性是為軍事應用實施 HPC 系統的重要組成部分。

HPC難題的另一部分：在開發HPC系統時確定合適的合作伙伴對軍事機構至關重要。將優先考慮那些能夠展示出提供嵌入式系統功能的記錄的公司，這些功能經過加固以符合軍事行動的需求。緊跟新趨勢和標準，如COM-HPC，傳感器開放系統架構（SOSA），模塊化開放系統方法（MOSA）或模塊化開放RF架構（MORA）也是將用于滿足軍事計算需求的組織的特征。

高性能計算有不同的風格，例如 GPU 與標準 CPU 處理。還有一個新的PICMG規范正在為基于COM Express系列的小尺寸HPC開發。COM-HPC 具有比 GPU 多一倍的內存、四倍的吞吐量和兩倍的擴展能力。（圖 1。

［圖1 |CPU與GPU的比較。

傳統CPU計算密度低，控制邏輯復雜，專為串行操作、流水線淺、低時延而建。另一方面，GPU 處理具有很高的計算密度;每次內存訪問執行高計算;可以執行并行應用程序;并具有深度管道、高吞吐量和高延遲容錯能力。GPU和COM-HPC的使用將使軍事應用受益匪淺。

這里沒有延遲

高性能 GPU 處理可以獲取 PB 級的大規模數據饋送，并以比傳統處理快 12 到 40 倍的速度將戰場上的視頻數據實時傳輸給用戶。這種巨大的增長使作戰人員能夠在戰場上做出復雜的實時決策，而無需在云中處理數據，從而減少延遲。例如，來自空中監視任務的實時視頻數據可以無縫下載到地面車輛上，使作戰人員能夠加速定位并有效消滅對手。

COM-HPC將使數據能夠在邊緣云中進行處理和保存，以有效地實時檢索信息并將其傳播給團隊。采用 COM-HPC 服務器將為作戰人員提供以非常有效的小外形進行高性能處理的優勢，并將降低 SWaP-C 作為設計目標。

隨著我們進入21世紀，最有效地利用計算技術的能力很可能是軍事爭端和活動的決定性因素。國防部將這種情況視為一個嚴峻的挑戰，并試圖建立最強大和可靠的基礎設施，以使作戰人員免受傷害。有了一代人之前無法想象的高性能計算系統，未來看起來是光明的，可以提高我們的安全性，同時限制對任務和作戰人員的接觸。

審核編輯：郭婷