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MicroTCA-先進的工業(yè)計算機測控系統(tǒng)解決方案

彭文進 2006/10/11

摘要：
　　PICMG倡導(dǎo)的ATCA，因為具有先進的性能、開放的架構(gòu)和高度的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，正在被越來越多的高性能計算機、通信設(shè)備制造商和運營服務(wù)商選定為新一代產(chǎn)品的最佳解決方案。PICMG最近發(fā)布的MicroTCA，充分采納、沿用了ATCA 的各項優(yōu)點，以更小的空間、更緊湊的結(jié)構(gòu)，為下一代網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)計算機測控系統(tǒng)提供了更好的解決方案。本文將對MicroTCA的特點和在下一代工業(yè)計算機測控系統(tǒng)的應(yīng)用方式進行具體的介紹。

　　關(guān)鍵詞：ATCA，MicroTCA，High Performance Computer，Industrial Control and Measurement

　　MicroTCA-Advanced Solution for Industrial Computer and Measure-Control Equipment

DINTEK (Shanghai) Electronic Ltd., Witt Peng

Abstract: ATCA，promoted by PICMG，according its advanced performance, high level open standard and modular architecture, is acknowledged as the best solution of next generation products by the manufacture and service provider of high performance computer and future network. MicroTCA, issued by PICMG recently, realizing the advanced feature of ATCA in more compact space, will be the best solution of next generation Industrial Computer and Control Measurement Equipment. This article will introduce the characteristics of MicroTCA and the application mode in industrial computer and measure-control equipment.

Key words: ATCA，MicroTCA，High Performance Computer，Industrial Control and Measurement

引言

　　隨著業(yè)務(wù)和內(nèi)容的不斷豐富、技術(shù)和市場的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)、計算機網(wǎng)絡(luò)和廣播電視網(wǎng)絡(luò)都在經(jīng)歷一次翻天覆地的變化。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從復(fù)雜向簡單演進，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從專有系統(tǒng)向通用系統(tǒng)演進。在這個變化過程中，PICMG倡導(dǎo)的ATCA、MicroTCA技術(shù)規(guī)范，因為具有先進的性能、開放的架構(gòu)和高度的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，正在被越來越多的通信設(shè)備制造商和運營服務(wù)商選定為新一代網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品的最佳解決方案。無論是有線網(wǎng)絡(luò)，還是無線網(wǎng)絡(luò)，從邊緣層的業(yè)務(wù)接入設(shè)備，到核心層的業(yè)務(wù)處理設(shè)備，ATCA、MicroTCA都顯露出巨大的應(yīng)用前景。

　　3.125Gb/s的高速數(shù)據(jù)鏈路，2.4TB/s的背板傳輸帶寬，200W/slot的電源供應(yīng)，強勁的通風(fēng)散熱能力，完善的系統(tǒng)管理功能，完全的Redundant FRU設(shè)計理念，這些優(yōu)越的性能無一不是新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的規(guī)劃和設(shè)計者們所企盼的。

　　與任何一個新技術(shù)一樣，在沒有獲得規(guī)模應(yīng)用之前，在產(chǎn)業(yè)化環(huán)境沒有建立和完善之前，ATCA/MicroTCA在提供高性能解決方案的同時，也因為其相對較高的成本，為初期應(yīng)用者設(shè)置了比較大的障礙。

　　DINTEK從實際出發(fā)，針對小型系統(tǒng)和產(chǎn)品開發(fā)，設(shè)計了2U ATCA 系統(tǒng)，以緊湊的結(jié)構(gòu)，優(yōu)越的性能，為初期應(yīng)用者提供了一個低成本的ATCA、MicroTCA的開發(fā)應(yīng)用平臺。

　　下面將對這個產(chǎn)品的特點和應(yīng)用方式進行詳細的介紹。

1.DINTEK 2U ATCA系統(tǒng)的特點

　　DINTEK 2U ATCA系統(tǒng)，完全遵循PICMG 3.X 規(guī)范，采用標(biāo)準(zhǔn)19”機架式安裝結(jié)構(gòu)，具有2個8U6HP280mm的標(biāo)準(zhǔn)插槽，支持RTM。系統(tǒng)中提供的2SLOT ATCA背板，采用點到點全互連結(jié)構(gòu)，支持2xGbE的base interface和多個可配置的GbE、10GbE、FC-PI、XAUI、Infiniband、StarFabric、PCI Express Fabric Interface通道。為了保證足夠的冷卻能力，促進機箱內(nèi)的空氣流通，這款系統(tǒng)配置了兩個可拔插的風(fēng)扇盤，通風(fēng)能力高達2x268CFM，從右向左均衡散熱。經(jīng)過實際測試驗證，在安裝阻風(fēng)嚴重的AMC模塊的情況下，仍然能保證大功率集成電路的散熱要求。依照PICMG規(guī)范，這款系統(tǒng)提供了冗余的DC48V供電方式，但是，沒有提供標(biāo)準(zhǔn)的PEM和ShMC，而是把它們作為可選的或可根據(jù)需要定制的模塊，以盡可能地降低系統(tǒng)成本。

圖1，DINTEK 2U ATCA系統(tǒng)平臺

2.2U ATCA系統(tǒng)平臺應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，構(gòu)建高速信息過濾/內(nèi)容搜索設(shè)備

　　ATCA的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和靈活多樣的通信接口，非常適用于網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域應(yīng)用。2U的ATCA系統(tǒng)平臺，由于只有兩個插槽，可以不用通過交換板，只通過點對點全互連結(jié)構(gòu)的背板就能實現(xiàn)兩塊業(yè)務(wù)板之間的高速數(shù)據(jù)交換，大幅降低了系統(tǒng)的成本。用如下方式構(gòu)建的高速信息過濾/內(nèi)容搜索設(shè)備已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域投入現(xiàn)場實用。

圖2，用2U ATCA構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備

　　其中，F(xiàn)abric Interface通道被用于傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換，Base Interface通道被用于傳送系統(tǒng)配置和管理信息。每個業(yè)務(wù)板都有數(shù)據(jù)處理和交換功能，可以負荷分擔(dān)或鏡像冗余的方式工作。通信接口模塊采用AMC結(jié)構(gòu)，可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，配置為GbE、10GbE等接口類型，并且，可以很容易地實現(xiàn)接口和鏈路的互備和切換。
這樣的配置，如果采用CPCI的2.16架構(gòu)，至少需要4U8SLOT的機箱+兩塊交換板+4~6塊業(yè)務(wù)板+兩塊CPCI電源才能實現(xiàn)，價格差距不大，但很多方面的性能卻無法與2U ATCA構(gòu)建的平臺相比。

3.2U ATCA系統(tǒng)平臺應(yīng)用于IPTV流媒體服務(wù)，構(gòu)建寬帶綜合接入設(shè)備

　　無論是3G還是NGN，都把IPTV流媒體服務(wù)當(dāng)作能夠真正帶來發(fā)展的業(yè)務(wù)。但是，由于歷史的原因和體制的限制， IPTV流媒體服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)及運營方式等還有很多不確定因素。對于接入方式，不同的網(wǎng)絡(luò)、不同的運營商會有不同的選擇。如電信運營商可能會繼續(xù)推行xDSL，廣電運營商可能會沿用CABLE，而新興的網(wǎng)絡(luò)運營商則會直接推廣千兆以太網(wǎng)（GbE）。同時，設(shè)備制造商也在研發(fā)APON、EPON、GPON等不同的接入設(shè)備�？梢哉f，未來網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”，即邊緣設(shè)備和接入設(shè)備，將是不斷發(fā)展和不斷變化的。面對如此多的不確定因素，相關(guān)的設(shè)備供應(yīng)商必須開發(fā)可適應(yīng)未來發(fā)展的、靈活的、可配置的寬帶綜合接入設(shè)備。用下圖所示2U ATCA系統(tǒng)構(gòu)建的寬帶綜合接入設(shè)備將能夠最大限度地適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求。

圖3，用2U ATCA構(gòu)建的寬帶綜合接入設(shè)備

4.2U ATCA系統(tǒng)平臺應(yīng)用于構(gòu)建圖形圖像處理/數(shù)值分析設(shè)備

　　從上面的例子已經(jīng)可以看出，2U ATCA雖然很小，但是利用其靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，配合不同的AMC模塊，可以實現(xiàn)復(fù)雜的、過去要用龐大的系統(tǒng)平臺才能實現(xiàn)的功能。

　　下面的設(shè)計被應(yīng)用于圖形圖像處理和數(shù)值分析系統(tǒng)。8個DSP或FPGA單元，2個SATA或iSCSI 硬盤，冗余的系統(tǒng)管理單元及GbE或PCI Express高速數(shù)據(jù)接口，如果沒有ATCA，很難想象一個2U的設(shè)備如何能實現(xiàn)如此規(guī)模的系統(tǒng)。

　　內(nèi)容服務(wù)是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的動力。有了這樣的低成本高性能的圖形圖像處理/數(shù)值分析設(shè)備，借助未來網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)強大的接入、交換和傳輸能力，未來網(wǎng)絡(luò)將能夠?qū)崿F(xiàn)更多現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)不了的業(yè)務(wù)和人們現(xiàn)在還無法想象的業(yè)務(wù)。

圖4，用2U ATCA構(gòu)建的圖形圖像/數(shù)值分析設(shè)備

5.2U ATCA系統(tǒng)平臺應(yīng)用于MicroTCA系統(tǒng)開發(fā)

　　MicroTCA是PICMG最新發(fā)布的、基于ATCA和AMC結(jié)構(gòu)的、面向未來網(wǎng)絡(luò)低成本應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。與ATCA一樣，MicroTCA也是一個先進的計算和通信平臺，它的基本模塊就是ATCA中的AMC，二者的機械結(jié)構(gòu)、電氣特性、接口類型等都完全相同。也就是說，AMC模塊可以直接應(yīng)用于MicroTCA。

　　MicroTCA定義了一種新型模塊——MCH（MicroTCA Controller & Hub），它是MicroTCA系統(tǒng)的控制、管理和數(shù)據(jù)交換模塊，之前曾被稱為虛擬載卡管理器（VCM--Virtual Carrier Manager）。即，MicroTCA系統(tǒng)的MCH相當(dāng)于ATCA系統(tǒng)的ShMC+Fabric+Carrier。MCH采用了與AMC完全相同的連接方式，結(jié)構(gòu)尺寸與半寬全高的AMC模塊完全相同，連接方式也完全相同。

　　MicroTCA還特別定義了標(biāo)準(zhǔn)的Power Module，把背板輸入的DC48V電源轉(zhuǎn)換成DC12V，為MCH和其他MicroTCA模塊提供電源供應(yīng)和功率管理功能，類似于ATCA系統(tǒng)的PEM和載卡上的DC/DC Converter。 MicroTCA的Power Module也采用了與半寬全高AMC模塊完全相同的機械結(jié)構(gòu)，但是，為了保證電源供應(yīng)能力，采用了與AMC不同的連接方式。

　　從MicroTCA以上的特點可以看出，ATCA 系統(tǒng)的所有模塊，都可以平滑移植到MicroTCA系統(tǒng)，完全可以用ACTA的系統(tǒng)平臺開發(fā)MicroTCA產(chǎn)品。下圖是用低成本的2U ATCA系統(tǒng)平臺開發(fā)MicroTCA產(chǎn)品的示例。

圖5，用2U ATCA作為MicroTCA的系統(tǒng)開發(fā)平臺

上海鼎鈦克電子有限公司


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