PICMG 3.X 標準及Switch Ethernet背板架構

解利偉 2002/07/12

PICMG 3.X 標準

PICMG是CompactPCI的升級標準，但是與CompactPCI有很大的不同，CompactPCI是共享式總線(xiàn)結構，而PICMG提供了交換式連接，每個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接能達到10Gbps的帶寬。圖1所示為幾種技術(shù)的互聯(lián)帶寬比較。PICMG標準的提出主要是針對電信行業(yè)方面的應用，因此在供電方面采用了電信界的雙-48V電源標準，而非CompactPCI的ATX電源標準。因此，PICMG標準與CompactPCI在很大程度上不兼容。

PICMG3.X的特點(diǎn)

PICMG 3.X主要的目標是定義新一代高端通信設備的系統結構。這一族規范定義了足夠充分的信息，如電路板尺寸、設備操作方式、連接器、電源功耗的分布以及獨立于交換網(wǎng)絡(luò )的系統管理結構，以確保不同的主板、背板和機架廠(chǎng)商可以獨立地開(kāi)發(fā)可互操作的產(chǎn)品。當被集成到一個(gè)系統中時(shí)，這些產(chǎn)品可以有效地協(xié)調工作。

1．PICMG 3.0：這是一個(gè)概括式規范，主要定義機械特性、電路板尺寸、電源功耗的分布、電源和數據的連接方式以及系統管理。

2．PICMG 3.1：基于通用背板的互連交換網(wǎng)，這個(gè)規范定義了以太網(wǎng)的交換結構，可保證每個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接都有10Gbps的帶寬。

3．PICMG 3.2：定義在PICMG結構下的InfiniBand系統構造方法，并且描述了物理層的連接，協(xié)議及協(xié)議的映射等。

4．PICMG 3.3：基于通用背板的互連交換網(wǎng)，這個(gè)規范定義了StarFabric的實(shí)現方法，從而可以提供TDM、Cell、控制和包連接等服務(wù)。

與Compact PCI非常不同，PICMG 3.X從一開(kāi)始就是面向每年1000億美元的電信市場(chǎng)。由于具有極強的通信性能、可靠性和電氣指標，軍事也將成為PICMG 3.X的一個(gè)潛在應用。此外，PICMG 3.X仍可用在傳統的服務(wù)器集群等方面。

PICMG3.X描述

1.單個(gè)系統主板為 322.25mm(8U）×280mm，面積為140平方英寸（Compact PCI主板面積為54平方英寸）。在歷經(jīng)了長(cháng)時(shí)間6U和9U的爭論之后，這個(gè)結論充分考慮了冷卻、前端面板空間、背板尺寸和后端面板的要求。

2.各個(gè)主板間距為 1.2英寸，而Compact PCI只有0.8英寸，這是充分考慮了下一代CPU散熱、升級內存模塊及高能量DC-DC轉換器的需求。

3.一個(gè)標準的19英寸機架可以容納12個(gè)主板;一個(gè)標準42U高的機柜可以容納三個(gè)這樣的機架及相應的散熱風(fēng)扇等設備。

4.PICMG 3.X理論上允許每個(gè)系統主板產(chǎn)生高達200瓦的熱量。這意味著(zhù)每個(gè)機架允許產(chǎn)生3千瓦的熱量，一個(gè)42U的機柜允許產(chǎn)生10千瓦的熱量。實(shí)際上，在沒(méi)有特殊散熱設計的情況下，每個(gè)主板可以允許產(chǎn)生150瓦的熱量。

5.機柜的輸入采用雙-48V DC電源。在經(jīng)過(guò)相應處理之后，再配送給各個(gè)機架。每個(gè)主板通過(guò)DC-DC轉換器將電壓變換后使用。

PICMG 3.0標準大約于2002年8月完成。之后，PICMG 3.1會(huì )很快完成。惠普和IBM都計劃在2003年年初采用PICMG的新標準。

交換式以太網(wǎng)背板架構

“共享”和“交換”是一個(gè)在IT業(yè)長(cháng)期爭論不休的話(huà)題，它們處在同一個(gè)事物的兩個(gè)極端，常常是相互沖突的。在計算機行業(yè)，多數使用的是共享總線(xiàn)，典型的就是前面所說(shuō)的PCI總線(xiàn)。在PCI總線(xiàn)上，多個(gè)PCI設備共享一個(gè)PCI通道的帶寬，主設備輪流控制PCI總線(xiàn)，當一個(gè)PCI設備占據PCI總線(xiàn)時(shí)，它就成為PCI的主設備，其他PCI設備就只能充當從器件，不能同時(shí)有兩個(gè)以上的設備成為主設備。而交換是典型的并行結構，多用在通信行業(yè)，如矩陣式的交換機，在兩個(gè)端口交換信息的同時(shí)，不會(huì )影響到其他端口的工作，也就是說(shuō)，各個(gè)端口的交換是同時(shí)的。顯然，從通信效率來(lái)看，交換結構要比共享結構好得多;總線(xiàn)結構的好處則是相對簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現。

為解決共享式背板的問(wèn)題，新型的服務(wù)器背板采用了交換式背板（Switch Backplane）技術(shù)，其中很有代表性的一種采取了矩陣交換（Crossbar Switch）技術(shù)，它可最大限度地保證端口之間的并行數據交換。同時(shí)，這種交換機一般會(huì )有一條專(zhuān)用的控制總線(xiàn)，用于交換機內部的管理以減小對背板的打擾，背板的數據交換功能由一種叫交換引擎的板卡提供，總體來(lái)說(shuō)背板的能力隨著(zhù)交換引擎數量的增多而提高，每塊接口卡與多個(gè)交換引擎同時(shí)連接，這種結構在正常情況下提高了接口卡的數據吞吐量，當一個(gè)交換引擎發(fā)生故障時(shí)，可提供備份。

交換式以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

第一，交換式以太網(wǎng)連接簡(jiǎn)單，不需要改變網(wǎng)絡(luò )的其他硬件，如電纜和用戶(hù)的網(wǎng)卡等，只要用以太網(wǎng)交換機替換共享式的Hub，就可以節省用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )升級的費用，還可實(shí)現高速與低速網(wǎng)絡(luò )間的轉換，完成不同網(wǎng)絡(luò )之間的協(xié)同。目前大多數交換式以太網(wǎng)都具有100Mbps的端口，通過(guò)與之相對應的100Mbps網(wǎng)卡接入到服務(wù)器上，暫時(shí)解決了10Mbps的瓶頸，成為網(wǎng)絡(luò )局域網(wǎng)升級時(shí)的首選方案。

第二，交換式以太網(wǎng)可以同時(shí)提供多個(gè)通道，比傳統的共享式集線(xiàn)器提供更高的帶寬。傳統的共享式10/100Mbps以太網(wǎng)采用廣播式通信方式，每次只能在一對用戶(hù)間進(jìn)行通信，如果發(fā)生碰撞還得重新鏈接，而交換式以太網(wǎng)允許不同用戶(hù)間進(jìn)行傳送，比如，一個(gè)16端口的以太網(wǎng)交換機允許16個(gè)站點(diǎn)在8條鏈路間通信。

交換式以太網(wǎng)的背板架構

目前，千兆以太網(wǎng)的交換機技術(shù)已日漸成熟，萬(wàn)兆位的以太網(wǎng)交換技術(shù)也開(kāi)始嶄露頭角。將千兆/萬(wàn)兆以太網(wǎng)的交換技術(shù)用在服務(wù)器的背板上，完全可以解決信息量帶寬擁擠的問(wèn)題，加之沿用Compact PCI背板堅固的插槽架構、熱插拔的技術(shù)，相信交換式以太網(wǎng)技術(shù)在服務(wù)器的背板上一定會(huì )大有作為。

計算機世界報