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)委員會起草滿足高吞吐量、高可靠性的下一代計(jì)算機(jī)平臺標(biāo)準(zhǔn)。該委員會由代表了工業(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頁長，整個(gè)制訂過程花費(fèi)5人年的會議和電話協(xié)商的時(shí)間。本文將對規(guī)范形成背后的動機(jī)作以闡述，同時(shí)對規(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)營級需求"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)對此技術(shù)的采用.此規(guī)范的目標(biāo)更清楚針對那些未能被現(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(yīng)用。其間大家曾嘗試著對2.X標(biāo)準(zhǔn)的修改來滿足電信市場的需求，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),簡稱ATCA,但這會帶來一些混淆，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(guī)范。現(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)要求主要來自于對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(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)(簡單電訊封裝)。對后走線模塊的支持滿足了對后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�；�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,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，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組織制訂有史以來最大的規(guī)范---460頁的長度令人嘆為觀止。本文只是對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，委員會仍然每周舉行電話會議，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)識和誤解。值得一提的是，在制定此規(guī)范時(shí)許多來自于競爭對手之間的協(xié)作: PICMG 3.0組織有最好的設(shè)計(jì)師和天才工程師，盡管他們來自相互競爭的公司，大家坐下一起來討論電信計(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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