PICMG3.0規范---先進(jìn)的通訊計算機架構（ATCA）
文 / Jeff
Munch, 譯/李瑞 2003/07/23
2001年9月，PICMG(全球PCI工業(yè)計算機制造組織)成立了一個(gè)委員會(huì )起草滿(mǎn)足高吞吐量、高可靠性的下一代計算機平臺標準。該委員會(huì )由代表了工業(yè)和電信設備制造商及終端用戶(hù)的105個(gè)公司組成，其目標是建立、修改并計劃在2002年底發(fā)布新的規范。經(jīng)過(guò)12個(gè)月的奮戰，PICMG3.0規范---先進(jìn)的通訊計算機構架（ATCA）如期發(fā)布。整個(gè)過(guò)程中，組織內的各個(gè)團隊分別負責問(wèn)題的不同方面，為最終達到一個(gè)實(shí)用的解決方案的期望而努力，其中的核心團隊負責監控整個(gè)進(jìn)程，發(fā)現并解決過(guò)程中出現的潛在的不兼容性和障礙。這個(gè)規范的發(fā)表無(wú)疑是工程界的快速有效合作的很好范例。PICMG 3.0規范有460頁(yè)長(cháng)，整個(gè)制訂過(guò)程花費5人年的會(huì )議和電話(huà)協(xié)商的時(shí)間。本文將對規范形成背后的動(dòng)機作以闡述，同時(shí)對規范本身做一個(gè)全面的介紹.
PICMG 3.0的目標：
PICMG標準化組織要求任何新規范的制訂須以SOW（Statement of Work）的形式開(kāi)始。SOW提供指導用以確保標準與原始目標吻合而不過(guò)分背離。PICMG 3.0的SOW是："PICMG 3.0標準是為下一代融合通訊及數據網(wǎng)絡(luò )應用提供一個(gè)高性?xún)r(jià)比的，基于模塊化結構的、兼容的、并可擴展的硬件構架 ,同時(shí)以模塊結構的形式呈現以支持符合現代傳輸需求的科技或應用。在核心標準中定義機械結構、散熱管理、電源分配和系統管理。PICMG 3.0規范的特色是專(zhuān)注于電信運營(yíng)級需求"可靠性、可用性、適用性（RAS）"的應用，同時(shí)附帶目的則為加速在高可靠度資料中心(HA Data Center)對此技術(shù)的采用.此規范的目標更清楚針對那些未能被現存CompactPCI 標準規范或專(zhuān)屬架構滿(mǎn)足的應用，PICMG 3.0及其輔助規范將帶給這樣的應用市場(chǎng)提供一個(gè)良好解決方案。"。事實(shí)上，大多數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用以承載下一代通訊和資料應用。其間大家曾嘗試著(zhù)對2.X標準的修改來(lái)滿(mǎn)足電信市場(chǎng)的需求，但只取得了有限的效果，最終不得不承認原有的CompactPCI規范不能滿(mǎn)足電信應用對單板空間、功耗、帶寬、系統管理的要求，新的標準則應運而生。
一系列家族式的規范：
PICMG 3.0 規范的標題為先進(jìn)的通訊計算機架構,簡(jiǎn)稱(chēng)ATCA,但這會(huì )帶來(lái)一些混淆，因為 ATCA是指的一系列規范，PICMG 3.0 只是其中一個(gè)。事實(shí)上PICMG 3.0 有別于其它PICMG 規范，它是由一個(gè)核心規范-- PICMG 3.0和一系列輔助規范組成。ATCA家族中的核心規范定義了ATCA系列規范中的機構、電源、散熱、互聯(lián)、系統管理部分;輔助規范內容則定義了在核心規范中互聯(lián)的傳輸方式. 。實(shí)質(zhì)上，核心規范定義了板對板通訊的點(diǎn)對點(diǎn)聯(lián)接，而輔助協(xié)議定義了這些點(diǎn)對點(diǎn)聯(lián)接的協(xié)議、規范。現今，四個(gè)輔助協(xié)議已經(jīng)被確認通過(guò),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---高級結構互聯(lián)/串行高速I(mǎi)/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(mén)系統平臺中板卡使用的輔助協(xié)議。一個(gè)使用PICMG3.1---以太和光纖傳輸的單板將不能和一個(gè)使用PICMG 3.2---InfiniBand傳輸的單板在架構中進(jìn)行通訊。
單板規格介紹：
PICMG 3.0機構要求主要來(lái)自于對600mm ETSI 和19" EIA標準機柜空間使用的研究。PICMG 3.0委員會(huì )在考慮單板尺寸能支持下一代元器件對物理和散熱的需求的同時(shí)，機箱空間能和板子能達到最大限度的配合和利用。最初的工作是基于歐規卡的標準，繼而又提升到支持低成本的片狀金屬架構(簡(jiǎn)單電訊封裝)。對后走線(xiàn)模塊的支持滿(mǎn)足了對后I/O應用的需求。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(guò)對不同規格尺寸的單板的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行討論之后，PICMG 3.0組織統一規格如下：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機框可以支持14槽，而600mm ETSI的機框可以支持16槽。下圖所示為600mm ETSI機架中的ACTA前后單板的側視圖：
電源介紹：
PICMG 3.0 單板功耗最高 200瓦，盡管就當今的硅技術(shù)而言，200W看上并不起眼，但是一框有16個(gè)200瓦單板的機框功耗就達到3200瓦，一個(gè)機架里如果有三框其功耗就達到了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。標準的通訊設備是48V，200W時(shí)輸出是4A。在多數電信環(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管理層、控制層、資料層等的聯(lián)接。系統管理是基于一條與各槽位都相連的I2C 雙串行信號線(xiàn), 系統管理信息則是基于IPMI規范被擴展到在PICMG3.0規范中使用。系統管理總線(xiàn)也是冗余方式確保在一條總線(xiàn)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(chēng)作Base 接口 (Base Interface)，Base接口是一個(gè)雙星型的拓撲結構具有冗余的交換刀片和以太網(wǎng)BAST-T信號,在PICMG 3.0中提供IP傳輸，這點(diǎn)在架構定義上非常像PICMG 2.16。PICMG 3.0單板的高速數據傳輸是通過(guò)Fabric接口 (Fabric Interface)，Fabric接口是基于3.125Gbps SERDES信號，可以在星型和全網(wǎng)狀結構中支持10Gb的傳輸速率。正如上面提到的，PICMG 3.0核心規范定義了Fabric接口的信號和互聯(lián)，而輔助規范定義了用于傳輸的協(xié)議。PICMG 3.0 背板的互聯(lián)支持全網(wǎng)狀Fabric接口，雙星型Base接口和冗余的系統管理，如下圖所示：
總結：
PICMG 3.0規范是PCIMG組織制訂有史以來(lái)最大的規范---460頁(yè)的長(cháng)度令人嘆為觀(guān)止。本文只是對PICMG3.0架構進(jìn)行基本的介紹，未涉及PICMG3.0的其它部分，如震鈴(Ring) 和 測試(Test) 總線(xiàn)，更新信道 (Update Channel)，時(shí)鐘同步(Synchronization Clocks ) ，系統管理能力等等。盡管PICMG 3.0規范已經(jīng)發(fā)布，委員會(huì )仍然每周舉行電話(huà)會(huì )議，回顧并解決一些未參與制訂PICMG 3.0規范的廠(chǎng)商參閱PICMG 3.0規范開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生的模糊認識和誤解。值得一提的是，在制定此規范時(shí)許多來(lái)自于競爭對手之間的協(xié)作: PICMG 3.0組織有最好的設計師和天才工程師，盡管他們來(lái)自相互競爭的公司，大家坐下一起來(lái)討論電信計算機設備的發(fā)展的藍圖，并最終把眾多不同的觀(guān)點(diǎn)和理念融合成PICMG3.0規范，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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