PICMG3.0規(guī)范---先進(jìn)的通訊計(jì)算機(jī)架構(gòu)（ATCA）
文 / Jeff
Munch, 譯/李瑞 2003/07/23
2001年9月，PICMG(全球PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造組織)成立了一個(gè)委員會(huì)起草滿足高吞吐量、高可靠性的下一代計(jì)算機(jī)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。該委員會(huì)由代表了工業(yè)和電信設(shè)備制造商及終端用戶的105個(gè)公司組成，其目標(biāo)是建立、修改并計(jì)劃在2002年底發(fā)布新的規(guī)范。經(jīng)過12個(gè)月的奮戰(zhàn)，PICMG3.0規(guī)范---先進(jìn)的通訊計(jì)算機(jī)構(gòu)架（ATCA）如期發(fā)布。整個(gè)過程中，組織內(nèi)的各個(gè)團(tuán)隊(duì)分別負(fù)責(zé)問題的不同方面，為最終達(dá)到一個(gè)實(shí)用的解決方案的期望而努力，其中的核心團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)并解決過程中出現(xiàn)的潛在的不兼容性和障礙。這個(gè)規(guī)范的發(fā)表無(wú)疑是工程界的快速有效合作的很好范例。PICMG 3.0規(guī)范有460頁(yè)長(zhǎng)，整個(gè)制訂過程花費(fèi)5人年的會(huì)議和電話協(xié)商的時(shí)間。本文將對(duì)規(guī)范形成背后的動(dòng)機(jī)作以闡述，同時(shí)對(duì)規(guī)范本身做一個(gè)全面的介紹.
PICMG 3.0的目標(biāo)：
PICMG標(biāo)準(zhǔn)化組織要求任何新規(guī)范的制訂須以SOW（Statement of Work）的形式開始。SOW提供指導(dǎo)用以確保標(biāo)準(zhǔn)與原始目標(biāo)吻合而不過分背離。PICMG 3.0的SOW是："PICMG 3.0標(biāo)準(zhǔn)是為下一代融合通訊及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供一個(gè)高性價(jià)比的，基于模塊化結(jié)構(gòu)的、兼容的、并可擴(kuò)展的硬件構(gòu)架 ,同時(shí)以模塊結(jié)構(gòu)的形式呈現(xiàn)以支持符合現(xiàn)代傳輸需求的科技或應(yīng)用。在核心標(biāo)準(zhǔn)中定義機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱管理、電源分配和系統(tǒng)管理。PICMG 3.0規(guī)范的特色是專注于電信運(yùn)營(yíng)級(jí)需求"可靠性、可用性、適用性（RAS）"的應(yīng)用，同時(shí)附帶目的則為加速在高可靠度資料中心(HA Data Center)對(duì)此技術(shù)的采用.此規(guī)范的目標(biāo)更清楚針對(duì)那些未能被現(xiàn)存CompactPCI 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或?qū)偌軜?gòu)滿足的應(yīng)用，PICMG 3.0及其輔助規(guī)范將帶給這樣的應(yīng)用市場(chǎng)提供一個(gè)良好解決方案。"。事實(shí)上，大多數(shù)PICMG 3.0 委員會(huì)成員業(yè)已根生于CompactPCI生態(tài)環(huán)境，并正在探索新的平臺(tái)用以承載下一代通訊和資料應(yīng)用。其間大家曾嘗試著對(duì)2.X標(biāo)準(zhǔn)的修改來(lái)滿足電信市場(chǎng)的需求，但只取得了有限的效果，最終不得不承認(rèn)原有的CompactPCI規(guī)范不能滿足電信應(yīng)用對(duì)單板空間、功耗、帶寬、系統(tǒng)管理的要求，新的標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)運(yùn)而生。
一系列家族式的規(guī)范：
PICMG 3.0 規(guī)范的標(biāo)題為先進(jìn)的通訊計(jì)算機(jī)架構(gòu),簡(jiǎn)稱ATCA,但這會(huì)帶來(lái)一些混淆，因?yàn)?ATCA是指的一系列規(guī)范，PICMG 3.0 只是其中一個(gè)。事實(shí)上PICMG 3.0 有別于其它PICMG 規(guī)范，它是由一個(gè)核心規(guī)范-- PICMG 3.0和一系列輔助規(guī)范組成。ATCA家族中的核心規(guī)范定義了ATCA系列規(guī)范中的機(jī)構(gòu)、電源、散熱、互聯(lián)、系統(tǒng)管理部分;輔助規(guī)范內(nèi)容則定義了在核心規(guī)范中互聯(lián)的傳輸方式. 。實(shí)質(zhì)上，核心規(guī)范定義了板對(duì)板通訊的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接，而輔助協(xié)議定義了這些點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接的協(xié)議、規(guī)范�，F(xiàn)今，四個(gè)輔助協(xié)議已經(jīng)被確認(rèn)通過,它們是：3.1 以太和光纖傳輸；3.2 InfiniBand 傳輸；3.3 星形傳輸；3.4 PCI Express傳輸。另一個(gè)輔助協(xié)議PICMG3.5---高級(jí)結(jié)構(gòu)互聯(lián)/串行高速I/O傳輸正在制訂中。輔助協(xié)議的靈活性帶來(lái)了易用性;ATCA產(chǎn)品的整合制造商將需要更多關(guān)注熱門系統(tǒng)平臺(tái)中板卡使用的輔助協(xié)議。一個(gè)使用PICMG3.1---以太和光纖傳輸?shù)膯伟鍖⒉荒芎鸵粋�(gè)使用PICMG 3.2---InfiniBand傳輸?shù)膯伟逶诩軜?gòu)中進(jìn)行通訊。
單板規(guī)格介紹：
PICMG 3.0機(jī)構(gòu)要求主要來(lái)自于對(duì)600mm ETSI 和19" EIA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜空間使用的研究。PICMG 3.0委員會(huì)在考慮單板尺寸能支持下一代元器件對(duì)物理和散熱的需求的同時(shí)，機(jī)箱空間能和板子能達(dá)到最大限度的配合和利用。最初的工作是基于歐規(guī)卡的標(biāo)準(zhǔn)，繼而又提升到支持低成本的片狀金屬架構(gòu)(簡(jiǎn)單電訊封裝)。對(duì)后走線模塊的支持滿足了對(duì)后I/O應(yīng)用的需求。在決定可以使用的單板空間時(shí)，也充分考慮了前、后板的進(jìn)深范圍以供大量電纜束綁空間。經(jīng)過對(duì)不同規(guī)格尺寸的單板的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行討論之后，PICMG 3.0組織統(tǒng)一規(guī)格如下：前板 8U x 280mm，進(jìn)深1.2" pitch，選配后板8U x 70mm深。基于1.2" pitch，19" EIA機(jī)框可以支持14槽，而600mm ETSI的機(jī)框可以支持16槽。下圖所示為600mm ETSI機(jī)架中的ACTA前后單板的側(cè)視圖：
電源介紹：
PICMG 3.0 單板功耗最高 200瓦，盡管就當(dāng)今的硅技術(shù)而言，200W看上并不起眼，但是一框有16個(gè)200瓦單板的機(jī)框功耗就達(dá)到3200瓦，一個(gè)機(jī)架里如果有三框其功耗就達(dá)到了10K瓦。板子功耗高于200瓦，寬度就要翻倍,而這些板子就需要借助兩槽寬度用于散熱。當(dāng)功耗是200W時(shí)，給單板引入直流低點(diǎn)壓（3.3V，60A）變得不可行。標(biāo)準(zhǔn)的通訊設(shè)備是48V，200W時(shí)輸出是4A。在多數(shù)電信環(huán)境，具備48V DC電源，因而不用提供電源框。在電源供給上引入雙冗余電源用以消除電源供給異常所引發(fā)的單點(diǎn)故障。電源聯(lián)接頭的針腳包括用來(lái)確定PICMG3.0單板正確插入位置的調(diào)整針,以及電源管理針腳。
傳輸簡(jiǎn)介：
PICMG 3.0包含多種傳輸，這些傳輸模式如圖由下而上依序提供系統(tǒng)管理層、控制層、資料層等的聯(lián)接。系統(tǒng)管理是基于一條與各槽位都相連的I2C 雙串行信號(hào)線, 系統(tǒng)管理信息則是基于IPMI規(guī)范被擴(kuò)展到在PICMG3.0規(guī)范中使用。系統(tǒng)管理總線也是冗余方式確保在一條總線故障情況下，管理信息仍正常傳遞。在資料層旁邊的控制層稱作Base 接口 (Base Interface)，Base接口是一個(gè)雙星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有冗余的交換刀片和以太網(wǎng)BAST-T信號(hào),在PICMG 3.0中提供IP傳輸，這點(diǎn)在架構(gòu)定義上非常像PICMG 2.16。PICMG 3.0單板的高速數(shù)據(jù)傳輸是通過Fabric接口 (Fabric Interface)，F(xiàn)abric接口是基于3.125Gbps SERDES信號(hào)，可以在星型和全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中支持10Gb的傳輸速率。正如上面提到的，PICMG 3.0核心規(guī)范定義了Fabric接口的信號(hào)和互聯(lián)，而輔助規(guī)范定義了用于傳輸?shù)膮f(xié)議。PICMG 3.0 背板的互聯(lián)支持全網(wǎng)狀Fabric接口，雙星型Base接口和冗余的系統(tǒng)管理，如下圖所示：
總結(jié)：
PICMG 3.0規(guī)范是PCIMG組織制訂有史以來(lái)最大的規(guī)范---460頁(yè)的長(zhǎng)度令人嘆為觀止。本文只是對(duì)PICMG3.0架構(gòu)進(jìn)行基本的介紹，未涉及PICMG3.0的其它部分，如震鈴(Ring) 和 測(cè)試(Test) 總線，更新信道 (Update Channel)，時(shí)鐘同步(Synchronization Clocks ) ，系統(tǒng)管理能力等等。盡管PICMG 3.0規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，委員會(huì)仍然每周舉行電話會(huì)議，回顧并解決一些未參與制訂PICMG 3.0規(guī)范的廠商參閱PICMG 3.0規(guī)范開發(fā)產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生的模糊認(rèn)識(shí)和誤解。值得一提的是，在制定此規(guī)范時(shí)許多來(lái)自于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的協(xié)作: PICMG 3.0組織有最好的設(shè)計(jì)師和天才工程師，盡管他們來(lái)自相互競(jìng)爭(zhēng)的公司，大家坐下一起來(lái)討論電信計(jì)算機(jī)設(shè)備的發(fā)展的藍(lán)圖，并最終把眾多不同的觀點(diǎn)和理念融合成PICMG3.0規(guī)范，這無(wú)疑是產(chǎn)業(yè)界合作的最佳典范。
凌華科技公司供稿 CTI論壇編輯
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