Технологии AdvancedTCA, AdvancedMC и MicroTCA: быстрые интерфейсы и высокопроизводительные процессоры под соусом стандартизации

Леонид Акиншин

Стандарт AdvancedTCA, развивающий основополагающие принципы магистрально-модульной архитектуры CompactPCI, является чрезвычайно мощным и удобным инструментом для построения новых телекоммуникационных решений на базе последовательных внутрисистемных интерфейсов. Будучи разработанным специально для рынка телекоммуникаций, AdvancedTCA позволяет применять высокопроизводительные последовательные каналы на стандартизованной основе и совмещает в себе удобство открытой технологии с эффективностью узкоспециализированного решения. Вместе с тем, сфера применимости как самого стандарта AdvancedTCA, так и в первую очередь его производных (AdvancedMC, MicroTCA), гораздо шире одних лишь телеком-приложений. В настоящей статье мы попытались дать краткий обзор технологий AdvancedTCA, AdvancedMC и MicroTCA в их современном состоянии, акцентируя внимание на тех их свойствах, что представляют наибольший интерес в разрезе практического применения.

Частнофирменное прошлое и стандартизованное настоящее

Наряду с такими известными технологиями, как CompactPCI и VMEbus, технология AdvancedTCA относится к категории стандартизованных системных архитектур с пассивной объединительной панелью. Соответствующие стандарты предполагают наличие в крейте одной большой платы (объединительной панели), которая, не имея собственных активных компонентов, оснащена несколькими разъемами, куда устанавливаются процессорные, коммуникационные, DSP и иные функциональные платы (модули), взаимодействующие друг с другом по реализованным на объединительной панели сигнальным линиям. Используя функциональные платы разных типов, марок и версий, можно реализовать огромное число комбинаций на базе одной-единственной объединительной панели. Ввиду того, что объединительные панели также бывают разных типов, а функциональные модули унифицированы, и их можно легко заменять с целью устранения неисправности, повышения производительности и/или реализации поддержки новых функций, сегодняшняя популярность стандартизованных системных архитектур с пассивной объединительной панелью получает естественное объяснение.

Спецификация AdvancedTCA стала уже второй по счету попыткой «наведения порядка» в телекоммуникационной отрасли. Первая фаза телеком-стандартизации была связана с развитием и продвижением технологии CompactPCI – адаптированной версии шинной архитектуры PCI, ориентированной на применение в широком классе задач, включая промышленные и телекоммуникационные.

Исторически на рынке телекоммуникационного оборудования доминировали закрытые частнофирменные решения, что затрудняло модернизацию и расширение систем, замедляло реализацию новых сервисов, влекло за собой дополнительные расходы, причем как для разработчиков телекоммуникационных систем, так и для конечных пользователей, и тормозило развитие отрасли в целом. В целях борьбы с этой негативной практикой в начале 90 годов прошлого века ведущие игроки телекоммуникационного рынка, объединившиеся в консорциум PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group, www.picmg.org), стали развивать магистрально-модульную системную архитектуру, получившую название CompactPCI. Технологическим фундаментом для разрабатываемого стандарта послужила высокопроизводительная шина PCI, являвшаяся в то время наиболее совершенным системным интерфейсом для офисного и серверного сегментов.

Стандарт CompactPCI достиг поставленных перед ним целей, преодолев инерцию телекоммуникационной отрасли и сдвинув процесс отказа от частнофирменных решений с мертвой точки. Поставщики и операторы впервые получили возможность строить свои системы на базе открытых технологий и унифицированных, заведомо совместимых друг с другом аппаратных средств. В настоящее время стандарт CompactPCI широко и успешно применяется не только в телекоммуникационных, но также в промышленных, контрольно-измерительных, оборонных, аэрокосмических и медицинских приложениях.

Новые требования

За время, прошедшее с момента появления CompactPCI, на рынке телекоммуникационных услуг произошли значительные изменения. Новые сервисы типа VoIP (передача голоса по IP-сетям), VoD (видео по запросу) и 3G (мультимедийное наполнение сетей сотовой связи) востребованы сегодня повсеместно. В результате в традиционном для телекоммуникационной отрасли списке требований произошли подвижки. Производительности и пропускной способности стало требоваться не просто много, а очень много: число подписчиков новых, «тяжелых» сервисов постоянно растет, и одновременно с этим растет объем потребляемого каждым таким подписчиком трафика. Аналитики прогнозируют сохранение этого нелинейного роста в ближайшие годы, и телекоммуникационные компании начинают задумываться над тем, как они будут выходить из создавшегося положения. Необходимый резерв пропускной способности способны обеспечить новые технологии внутрисистемного обмена, базирующиеся на быстрых последовательных соединениях, однако освоение таких технологий собственными силами «с нуля» для динамичной компании задача более чем сложная. Получается, что закрытые решения, бывшее неудобными еще в 1990 годах, сегодня неудобны как никогда: в контексте развития новых телекоммуникационных сервисов частнофирменная модель бизнеса становится удовольствием слишком дорогим и вполне сомнительным.

Спрос на сервисы следующего поколения, для развертывания которых необходимы надежные, высокопроизводительные и хорошо масштабируемые платформы с огромной пропускной способностью и высоким коэффициентом готовности, вкупе с проблематичностью реализации подобных сервисов в рамках частнофирменной модели явился основным стимулом к началу второго раунда стандартизации в телекоммуникационной отрасли.

Новым сервисам – новые стандарты

Стандарт AdvancedTCA (Advanced Telecom Computing Architecture – передовая телекоммуникационная вычислительная архитектура) стал ответом консорциума PICMG на ситуацию, сложившуюся на телеком-рынке к началу нового тысячелетия. Данный стандарт адресован перспективным системам нового поколения, которые должны обеспечивать долгосрочную поддержку самых современных сервисов и быть в этой связи более высокопроизводительными, более надежными, более удобными, более функциональными и более масштабируемыми (Рис.1)

Авторство идеи AdvancedTCA принадлежит корпорации Intel. Первоначальное предложение Intel послужило толчком, запустившим процесс разработки базовой спецификации на системную архитектуру AdvancedTCA под эгидой консорциума PICMG.

В работе над спецификацией PICMG 3.0 приняли участие более 100 компаний. Ее создание потребовал в общей сложности более 11000 человеко-часов коллективной (и не подающийся учету объем индивидуальной) работы. Спецификация PICMG 3.0 стала самым масштабным и качественно реализованным проектом за всю историю консорциума PICMG.

30 декабря 2002 года, когда была принята первая редакция базовой спецификации AdvancedTCA (PICMG 3.0), началась новая эра – эра тотального и стандартизованного применения в телекоме последовательных внутрисистемных интерфейсов. Хорошо адаптированный платформенный стандарт AdvancedTCA быстро приобрел популярность среди игроков и клиентов телекоммуникационного рынка.

В своем теперешнем виде стандарт AdvancedTCA образован серией спецификаций, принятых в период с марта 2005 по апрель 2006 гг. (еще одна спецификация находится в разработке и еще одна ожидает ратификации – см. Таблицу 1). Спецификация PICMG 3.0, выдержавшая уже три редакции, определяет требования к механическим параметрам плат, их питанию и охлаждению, а также к организации системного управления. Другие спецификации семейства AdvancedTCA посвящены вопросам использования конкретных каналов внутрисистемного взаимодействия, таких как Ethernet, InfiniBand, StarFabric, PCI Express, RapidIO и PRS.

Таблица 1. Семейство спецификаций AdvancedTCA на момент написания статьи

Индекс PICMG	Официальное название спецификации	Номер редакции	Дата	Текущий статус	Описание
3.0	AdvancedTCA Base	R1.0	30.12.2002	Устарело
		R1.0 ECN001	21.01.2004	Устарело
		R2.0	18.03.2005	Принято	Базовая спецификация AdvancedTCA, определяющая требования к платам, объединительной панели, механике полки, питанию, управляющим интерфейсам и контактам разъема
		R2.0ECN001	15.06.2005	Принято	Вопросы подключения контроллера полки ShMC
		R2.0ECN002	29.04.2006	Принято	Разные уточнение
				В разработке	Будет содержать уточнения к редакции R2.0 и дополнительные уточнения
3.1	AdvancedTCA Ethernet	R1.0	22.01.2003	Принято	Определяет реализацию каналов Ethernet и FibreChannelна объединительной панели PICMG 3.0. Вариант Ethernet рассматривается как основной, FibreChannel– как опциональный
3.2	AdvancedTCA InfiniBand	R1.0	22.01.2003	Принято	Определяет реализацию каналов InfiniBandна объединительной панели PICMG 3.0
3.3	AdvancedTCA StarFabric	R1.0	21.05.2003	Принято	Определяет реализацию каналов StarFabric на объединительной панели PICMG 3.0
3.4	AdvancedTCA PCI Express	R1.0	21.05.2003	Принято	Определяет реализацию каналов PCIExpress и PCIExpressAdvancedSwitchingна объединительной панели PICMG 3.0
3.5	AdvancedTCA RapidIO		21.09.2005	Принято	Определяет реализацию каналов RapidIO на объединительной панели PICMG 3.0
3.6	AdvancedTCA PRS			На стадии согласования	Определяет реализацию каналов PRS (PacketRoutingSwitch) на объединительной панели PICMG 3.0

С идеологической и технологической точек зрения AdvancedTCA является преемником хорошо зарекомендовавшего себя телекоммуникационно-промышленного стандарта CompactPCI. Сказанное означает, что с использованием AdvancedTCA можно решать все те же задачи, что и при помощи CompactPCI, а также строить телекоммуникационные системы совершенно нового типа, не имеющие аналогов в прошлом по производительности, гибкости и расширяемости.

Целый ряд наиболее интересных с точки зрения практического применения свойств AdvancedTCA (поддержка «горячей» замены, тыльного ввода-вывода, мезонинов, интерфейс системного управления IPMI и даже коммутация соединений на объединительной панели) перекочевали в новый стандарт из CompactPCI без каких-либо фундаментальных изменений.

Главным отличием AdvancedTCA от магистрально-модульной архитектуры CompactPCI является тип используемой объединительной панели. На классической объединительной панели CompactPCI реализуется параллельная шина PCI, на объединительной панели AdvancedTCA – только последовательные коммутируемые каналыI[1]. Данное изменение согласуется с общей логикой развития компьютерной отрасли: сегодня уже никому не нужно объяснять, что последовательные коммутируемые соединения способны обеспечить гораздо большую пропускную способность, нежели параллельные шины.

Разумеется, отличия между CompactPCI и AdvancedTCA не ограничиваются типом объединительной панели. К внутрисистемным коммутируемым каналам Ethernet, определенным еще в спецификации PICMG 2.16, стандарт AdvancedTCA добавил пять новых типов последовательных каналов: InfiniBand, StarFabric PCI Express, RapidIO и PRS (см. Таблицу 1). Целью такого шага является обеспечение дополнительной свободы маневра как для производителей, так и для пользователей.

Что касается «грубой», сугубо процессорной производительности, не учитывающей повышенную скорость внутрисистемного обменаI[2], то здесь основным достижением стандарта AdvancedTCA стали увеличенные размеры функциональных плат, увеличенный шаг размещения слотов и увеличенное максимальное энергопотребление одной платы.

Коммутируемые соединения на объединительной панели в случае AdvancedTCA могут иметь топологию типа звезда, двойная звезда, сдвоенная двойная звезда и полноячеистая сеть. Дублирование соединений не является обязательным требованиям; в тех приложениях, где готовность на уровне пяти-шести девяток не нужна, на дублировании можно сэкономить.

Еще одним важным свойством AdvancedTCA является поддержка развитых функций централизованного системного управления на основе интеллектуального интерфейса IPMI (Intelligent Platform Management Interface). Как уже было сказано, и поддержка интерфейса IPMI, и поддержка «горячей» замены пришли в AdvancedTCA из CompactPCI, где они определены в спецификациях PICMG 2.9 и 2.1. Стандарт AdvancedTCA предусматривает дублирование каналов передачи данных, средств управления и линий питания, что значительно повышает устойчивость системы как целого к местным повреждениям.

С эксплуатационной точки зрения одной из отличительных особенностей семейства спецификаций AdvancedTCA является возможность реализации на их основе долгосрочных проектов, допускающих возможность развертывания новых приложений и сервисов в отдаленной (пять и более лет) перспективе. Гарантией тому – огромный резерв производительности и пропускной способности, заложенный в AdvancedTCA изначально, а также такие краеугольные камни этой системной архитектуры, как модульность, гибкость и расширяемость. Стандарт AdvancedTCA обеспечивает поддержку жестких требований NEBS и предлагает исчерпывающий комплекс мер по повышению коэффициента готовности конечной системы.

Поговорим об этих и некоторых других аспектах системной архитектуры AdvancedTCA более подробно.

О последовательных соединениях и их коммутации

Одной из причин, приведших специалистов PICMG к мысли о необходимости разработки нового телекоммуникационного стандарта, стали скоростные преимущества современных последовательных интерфейсов перед параллельными. В свое время эта тема широко обсуждалась на отраслевых форумах и в специализированных изданиях, и воспроизводить эту дискуссию в настоящей статье нет нужды. Ограничимся простой констатацией ставшего общепризнанным факта: классические параллельные шины не обладают достаточным запасом пропускной способности и не могут рассматриваться как перспективные системные интерфейсы. Проблема носит принципиальный, физически неустранимый характер, что с неизбежностью следует из самого принципа передачи данных по параллельным проводникам, ограничивающего дистанцию связи и максимальные тактовые частоты. Выход за эти ограничения влечет за собой потерю синхронизации, возникновение неустранимых перекрестных помех и как результат – невозможность корректной работы системы.

Современные последовательные интерфейсы свободны от указанного недостатка в том смысле, что их «планка», т.е. теоретический максимум их пропускной способности, в реальных приложениях пока не достигнута, и будет достигнута еще очень нескоро (см. Рис.2). Данное обстоятельство предопределило успех шины USB 2.0, дискового интерфейса Serial ATA и системного интерфейса PCI Express, а также привело к появлению целого ряда новых типов коммуникационных каналов и новых системных архитектур, одной из которых и посвящена настоящая статья.

Чтобы совладать с гигантскими тактовыми частотами, на которых должны работать высокопроизводительные последовательные интерфейсы, авторам стандарта AdvancedTCA потребовался новый системный коннектор. В качестве такового был выбран разработанный компаниями Tyco и ERNI быстрый дифференциальный разъем ZD, способный поддерживать скорости до 5 Гбит/с на одну сигнальную пару (каждый канал состоит из 8 таких пар) и отлично подходящий для всех AdvancedTCA-каналов (Ethernet, InfiniBand, StarFabric, PCI Express, RapidIO и PRS)I[3].

Одна объединительная панель, удовлетворяющая требованиям PICMG 3.0, может поддерживать различные каналы внутрисистемного обмена. Описанная в спецификации PICMG 3.0 инфраструктура управления предполагает использование специальных электронных ключей, позволяющих системе определять тип установленной платы, а также то, какие каналы и топологии эта плата поддерживает. Разумеется, в одну полку следует устанавливать платы одного типа.

Базовой топологией для любой объединительной панели AdvancedTCA является «полноячеистая сеть» (full mesh; каждый слот напрямую связан с каждым). Такой способ организации соединений позволяет получать в границах одного шасси терабитные значения полной пропускной способности. В своем исходном виде топология типа «полноячеистая сеть» рассчитана на высокопроизводительные решения, где требуются максимально возможные скорости внутрисистемного обмена. Стандарт AdvancedTCA обеспечивает поддержку также и таких популярных топологических схем, как «звезда», «двойная звезда» и «сдвоенная двойная звезда», поскольку они могут быть получены из полноячеистой сети путем исключения некоторых каналов. Топологии типа «звезда», «двойная звезда» и «сдвоенная двойная звезда» предполагают взаимодействие функциональных плат друг с другом через специальные модули, называемые системными концентраторами или коммутаторами (Рис.3). Когда система построена по топологической схеме «полноячеистая сеть», все функциональные платы связаны друг с другом напрямую, а выделенные модули отсутствуют (Рис.4). Все звездообразные топологии уступают полноячеистой в пропускной способности, но дешевле в реализации.

Механика и электрика

Основной вклад в сугубо вычислительную производительность конечной системы AdvancedTCA дают механика и электрика. Большая площадь плат, большее расстояние между платами и большее энергопотребление одной платы (до 200 Вт) позволяют оформлять в конструктиве AdvancedTCA вычислительные узлы на базе самых современных процессоров, не опасаясь выйти за рамки термальных ограничений.

Новая механика, предполагающая использование функциональных плат, имеющих 8U (322,25 мм) в высоту, 280 мм в ширину и размещающихся с шагом 1,2 дюйма, явилась результатом тщательного учета многочисленных и разноплановых требований к площади передней панели, охлаждению, габаритам объединительной панели и тыльному вводу-выводу. Отправной точкой для ее разработки послужил тот же проверенный временем конструктив «Евромеханика» (стандарты IEC60297), которому обязаны своим появлением системные архитектуры VMEbus и CompactPCI.

Увеличение шага с 0,8 до 1,2 дюйма (6HP) позволяет монтировать на функциональные платы более высокие компоненты (современные процессоры, ОЗУ большого объема, мощные преобразователи постоянного тока и т.п.). Кроме того, более свободное размещение плат вносит свой вклад в охлаждение системы, улучшая циркуляцию воздуха внутри крейта.

Площадь определенных в спецификации PICMG 3.0 функциональных плат достигла 903 см2 (рост более чем в 2,5 раза по сравнению с формфактором 6U CompactPCI, см. Рис.5), что открыло перед разработчиками совершенно новые возможности в плане создания высокопроизводительных однослотовых решений с бортовыми коммутаторами, современными DSP-устройствами, мощными многоядерными процессорами и быстрой многогигабайтовой памятью.

Вертикальный размер 8U был выбран также и из соображений наиболее оптимального использования стандартных стоек формата 73,5 дюйма (42U). В такую стойку помещаются три AdvancedTCA-полки высоты 12U (в пространстве над и под функциональными платами, имеющими высотy 8U, располагаются вентиляторы и некоторые другие элементы), а оставшиеся 6U могут быть задействованы под распределительный щит и сигнальную панель. Поперечные размеры крейта также оптимизированы: с учетом шага 1,2 дюйма в стандартную ETSI-длину 600 мм укладываются 16 плат AdvancedTCA; ширина апертуры при этом составляет 500 мм. Популярные во всем мире 19-дюймовые стойки, определяемые в спецификациях серии IEC60297, способны принять 12 плат AdvancedTCA и обеспечить апертуру 450 мм.

Подобно CompactPCI, стандарт AdvancedTCA позволяет организовывать ввод-вывод через заднюю панель, однако используемый при этом метод отличается от прежнего и гораздо более гибок. Спецификация PICMG 3.0 предусматривает тыльные интерфейсные модули, ширина которых теперь составляет 70 мм. Основное отличие от CompactPCI заключается в том, что в системной архитектуре AdvancedTCA модули тыльного ввода-вывода подключаются к функциональным платам не опосредованно, а напрямую: верхняя кромка объединительной панели проходит ниже зоны соответствующих контактов (Зона 3, см. Рис.6). Непосредственное соединение позволяет применять в разных ситуациях самые различные разъемы: высокоплотные 2-миллиметровые, быстрые дифференциальные, оптические и др.

Одним из главных факторов, ограничивающих производительность систем стандарта CompactPCI, является малое допустимое энергопотребление на один слот. Расстояние между контактными выводами 2 мм и 0,8-дюймовый шаг приводят к тому, что даже при использовании активного воздушного охлаждения одна функциональная плата CompactPCI не может рассеивать более 50 Вт, притом что многие современные процессорные конфигурации вкупе с поддерживающей их логикой потребляют вдвое большую мощность.

Творцы спецификации PICMG 3.0 задались целью добиться того, чтобы каждая плата могла рассеивать 200 Вт, и успешно решили эту задачу как на механическом, так и на электрическом уровне. Простой подсчет показывает, что одна AdvancedTCA-полка способна потреблять свыше 3 кВт, а одна стандартная стойка высоты 42U – почти 10 кВт. Когда одна полка начинает потреблять около 3 кВт, централизованная подача питания логического уровня теряет всякий смысл. Напряжения в 5 или 3,3 вольт при токах от 600 до 1000 ампер смотрелись бы, как минимум, экзотично. Поскольку системы стандарта AdvancedTCA рассчитаны на работу в условиях центрального офиса, было решено использовать продублированные блоки питания постоянного тока с выходным напряжением -48 В. На одну стойку требуется два таких блока, устанавливаемых в 6U-зазор и питающих все полки. Каждая плата имеет собственный преобразователь постоянного тока, понижающий напряжение до уровня бортовой логики.

Тотальный контроль

Одной их особенностей стандарта AdvancedTCA, имеющей чрезвычайно важное эксплуатационное значение, являются развитые и эффективные функции системного управления. Специалисты консорциума PICMG разработали данную функциональность на базе спецификации интеллектуального интерфейса IPMI (Intelligent Platform Management Interface), дополнив ее рядом расширений.

Интерфейс IPMI является на сегодняшний день одним из ключевых открытых стандартов для организации удаленного системного управления. Интеллектуальный интерфейс IPMI позволяет осуществлять дистанционный контроль, диагностику, администрирование и восстановление системы через удаленную консоль. Будучи аппаратным решением, IPMI не зависит от используемой операционной системы, и потому с его помощью можно управлять питанием, вентиляторами, напряжениями и температурами без оглядки на тип и состояние процессоров и ОС. Полная программная независимость IPMI позволяет производить диагностику и восстановление даже зависших и остановленных систем. Спецификация IPMI предусматривает как функции автоматического мониторинга аппаратных средств, так и выведение уведомлений, благодаря которым технический персонал может следить за состоянием системы в реальном времени и решать проблемы до их проявления. Все это делает интерфейс IPMI не только весьма эффективным, но и высоконадежным решением, соответствующим специфике телекоммуникационных задач.

Важность интерфейса IPMI для AdvancedTCA как для законченной технологии подчеркивает тот факт, что более 30 процентов от объема базовой спецификации PICMG 3.0 посвящено именно интеллектуальному управлению. В данном разделе определены, в частности, 24 новые команды, пять дополнительных структур FRU Information (среди которых присутствуют достаточно сложные) и два новых типа сенсоров.

Одна из возможных конфигураций логического управления AdvancedTCA-полкой изображена на Рис.7.

Внутри шасси располагается менеджер полки (Shelf Manager), взаимодействующий с контроллерами IPMC, каждый из которых отвечает за локальное управление одним или большим числом сменных модулей FRU (Field Replaceable Units)I[4]. Передача управляющей информации внутри полки осуществляется по продублированным каналам IPMB (IPMB-0).

Менеджер системы (System Manager), обычно размещающийся вне корпуса, может координировать работу сразу многих полок. Как правило, обмен данными между менеджерами разных уровней (полок и системы) осуществляется по каналам Ethernet, однако ничто не мешает использовать для этих целей и любые другие IP-совместимые каналы, например, InfiniBand.

Развитые, тщательно продуманные и стандартизованные функции системного управления являются одним из главных факторов выбора архитектуры AdvancedTCA для перспективных систем повышенной надежности.

Мезонины двадцать первого столетия

Мезонинный принцип расширения исходных функциональных возможностей был в ходу задолго до появления CompactPCI. Сегодня стандартизованные модули-мезонины различных типов широко применяются как разработчиками, так и пользователями промышленного и телекоммуникационного оборудования. В этой связи специалисты PICMG предусмотрели в системной архитектуре AdvancedTCA поддержку классического мезонинного формфактора PMC (PCI Mezzanine Card) и дополнили стандарт AdvancedTCA спецификацией на новый мезонинный конструктив, получивший название AdvancedMC (Advanced Mezzanine Card) (Рис.8).

Изделия AdvancedMC – это модули расширения нового поколения, учитывающие «привязанность» AdvancedTCA к современным и перспективным высокопроизводительным процессорам и быстрому внутрисистемному обмену на базе последовательных каналов (Таблица 2).

Таблица 2. Семейство спецификаций AdvancedMC на момент написания статьи

Индекс PICMG	Официальное название спецификации	Номер редакции	Дата	Текущий статус	Описание
AMC.0	AdvancedMC Mezzanine Module	R1.0	01.03.2005	Устарело
		R2.0	15.11.2006	Принято	Определяет мезонинные модули, позволяющие расширять исходную функциональность плат-носителей формата PICMG 3.0
		ECN001	26.06.2006	Устарело	Включены в редакцию R2.0
		ECN002	15.11.2006	Устарело	Включены в редакцию R2.0
AMC.1	AdvancedMC PCI Express and AS	R1.0	20.01.2005	Принято	Определяет использование портов AMC.0 для реализации каналов PCIExpressи AdvancedSwitching
AMC.2	AdvancedMC Ethernet	R1.0	01.03.2007	Принято	Определяет использование портов AMC.0 для реализации каналов Ethernet
AMC.3	AdvancedMC Storage	R1.0	25.08.2005	Принято	Определяет использование портов AMC.0 для реализации каналов FibreChannel
AMC.4	AdvancedMC Serial RapidIO			В разработке	Определяет использование портов AMC.0 для реализации каналов RapidIO

Пользователь системы стандарта AdvancedTCA, в составе которой есть платы со слотами AdvancedMC, имеет дополнительную степень свободы: он может конфигурировать свою платформу не только на уровне полки / объединительной панели, но и на уровне отдельных функциональных плат, устанавливая на них различные мезонины AdvancedMC.

В последнее время модули AdvancedMC, будучи как бы вторичными, производными по отношению к архитектуре AdvancedTCA, стали претендовать на «самостоятельное» существование. Имеется в виду спецификация MicroTCA, где платы-носители мезонинов AdvancedMC увеличены в размерах и превращены в полноценные объединительные панели, а модули AdvancedMC также подняты на одну иерархическую ступеньку вверх и играют роль функциональных плат. Едва появившись, стандарт MicroTCA практически сразу же получил мощную отраслевую поддержку. Достаточно вспомнить инициативу «AMC Everywhere», с которой в марте 2005 года выступил международный холдинг Kontron (www.kontron-emea.com). В рамках данной инициативы пропагандируется использование изделий AdvancedMC для расширения функциональности не только систем стандарта AdvancedTCA, но и MicroTCA. Главными конкурентными преимуществами AdvancedTCA были и остаются адекватная поддержка высокопроизводительных процессоров и предоставление возможности стандартизованного применения быстрых последовательных каналов для организации внутрисистемного обмена.

Стандарт MicroTCA

В июле 2006 года произошло еще одно знаменательное событие, возымевшее далеко идущие последствия для всех целевых рынков AdvancedTCA и некоторых смежных секторов: консорциум PICMG принял стандарт MicroTCA.

Как уже было сказано, в стандарте MicroTCA модули AdvancedMC возведены в ранг функциональных плат. Идея подобного применения AdvancedMC витала в воздухе с тех самых пор, когда стало ясно, что некоторые из этих «мезонинов» не уступают по своим возможностям не только модулям CompactPCI, но и отдельным изделиям, выполненным в конструктиве AdvancedTCA. Системы MicroTCA с модулями AdvancedTCA в роли функциональных плат ориентированы, главным образом, на периферию телекоммуникационной инфраструктуры, где применение «полновесных» решений стандарта AdvancedTCA не оправдывает себя ни с функциональной точки зрения, ни по финансам. Спецификация MicroTCA не только стандартизовала использование модулей AdvancedMC в этом новом для них качестве, но и создала условия для построения общей элементной базы, охватывающей сразу все уровни телеком-иерархии.

Для MicroTCA определены крейты шести различных типов. Одного взгляда на Рис.9, где представлены эти типы, достаточно, чтобы осознать, что сфера применимости стандарта MicroTCA гораздо шире телекома. Самые миниатюрные системы MicroTCA могут содержать всего один модуль AdvancedMC и не иметь контроллера MCH (MicroTCA Carrier Hub). Здесь решения MicroTCA вплотную примыкают к традиционным встраиваемым и промышленным компьютерам.

Благодаря доступности широкого ассортимента модулей AdvancedMC, в крейтах MicroTCA можно собирать самые различные конфигурации из процессоров, интерфейсов, специализированных функций и др. В телекоммуникационной отрасли стандарту MicroTCA отведен участок контроля доступа, т.е. оборудования базовых станций и корпоративных мультисервисных сетей.

Если руководствоваться критерием «производительность/цена», рыночную нишу MicroTCA следует поместить между нишами AdvancedTCA и CompactPCI. Будучи ненамного дороже изделий CompactPCI, по своей производительности и пропускной способности оборудование MicroTCA приближается к AdvancedTCA, поскольку, как и AdvancedTCA, опирается на быстрые последовательные каналы внутрисистемного обмена, адекватные коммуникационные механизмы для интеграции современных процессоров.

Оборудование стандарта AdvancedTCA прочно обосновалось в ядре телекоммуникационной инфраструктуры, где необходимы огромные вычислительные мощности и скорости передачи данных. Однако на периферии, где требования чуть скромнее, возможности AdvancedTCA нередко оказываются избыточными, а цена – чрезмерной. Стандарт MicroTCA оказывается тут как нельзя кстати.

Благодаря небольшим размерам, низкой стоимости и вполне приличной производительности систем MicroTCA, область применения одноименного стандарта выходит далеко за рамки телекома. На MicroTCA стандарт уже обратили пристальное внимание профессиональные пользователи из промышленного, оборонного и медицинского секторов. По сути, MicroTCA принадлежит рынку встраиваемых систем, а с рынком телекоммуникаций связан лишь генетически и через «пуповину» AdvancedMC.

Уникальность стандарта MicroTCA состоит в том, что, сохраняя все основные преимущества AdvancedTCA – поддержку самых современных вычислительных и коммуникационных технологий, функций системного управления IPMI,а также гибкость и модульность – он позволяет реализовывать эти преимущества в системах меньших физических размеров и за меньшие деньги. Размеры и стоимость критичны не только для периферии телекоммуникационной инфраструктуры, но и для целых отраслей, что и обусловило живейший интерес к новому стандарту со стороны представителей соседних секторов. Выход технологии MicroTCA за пределы телекоммуникационного рынка обусловил более высокие темпы роста ее сектора по сравнению с AdvancedTCA. Вполне возможно, что в ближайшем будущем эта тенденция сохранится

Будущее телекоммуникационной отрасли

Трудно назвать тот аспект телекоммуникационного бизнеса, где не ощущались бы даваемые стандартизацией преимущества. Стандартизация обеспечивает свободу выбора, быстрый выход на рынок, удешевление процесса разработки, гибкость и расширяемость конечных систем, защиту инвестиций, возможность многократного использования существующих наработок в различных проектах, продление срока службы оборудования, упрощение и удешевление обслуживания систем на протяжении их жизненного цикла, причем все вышеперечисленные пункты за исключением двух последних в равной мере могут быть отнесены как к производителю, так и к пользователю.

Еще труднее назвать тот ориентированный на перспективные приложения сектор, ту рыночную нишу, где сегодня не были бы востребованы быстрые последовательные интерфейсы, в том числе и для организации внутрисистемных соединений.

Многие текущие задачи можно с успехом решать при помощи CompactPCI; стандарт же AdvancedTCA, благодаря своему колоссальному «запасу прочности», ориентирован в большей степени на перспективные проекты и долгосрочные инвестиции. В отличие от CompactPCI, стандарт AdvancedTCA не имеет «офисных» аналогов: он создавался с нуля специально для телекоммуникационной отрасли и хорошо отражает ее специфику. Данным обстоятельством обусловлены, в частности, стоимостные различия между аппаратными средствами CompactPCI и AdvancedTCA: первые подешевле, поскольку имеют общую компонентную базу с офисным рынком, вторые подороже, поскольку являются узкоспециализированными (хотя и стандартизованными) телекоммуникационными продуктами. Следует особо отметить, что, несмотря на все свои внешние и внутренние отличия, CompactPCI и AdvancedTCA суть две стороны одной и той же «телекоммуникационной медали»: чуть более высокая стоимость оборудования AdvancedTCA искупается его огромной производительностью, а чуть более скромные возможности оборудования CompactPCI – его низкой ценой.

Стандарт AdvancedTCA призван помогать разработчикам, желающим в кратчайшие сроки создавать современные мультисервисные сети, для которых требуется высочайшая пропускная способность и на уровне центрального офиса, и на периферии. Вместе с тем, данная технология уже успешно применяется в задачах промышленной автоматизации, в оборонных системах, в медицинской технике и в контрольно-измерительных приложениях. Еще сильнее за рамки телекоммуникационных приложений выходят производные от AdvancedTCA стандарты AdvancedMC и MicroTCA.

Продолжая дело PICMG 2.16, стандарт AdvancedTCA способен удовлетворить потребности разработчиков в более высокой производительности, оставаясь при этом архитектурно и функционально похожим на своего предка. Близость со спецификацией PICMG 2.16 способна облегчить процесс перехода на AdvancedTCA и защитить инвестиции разработчиков в программное обеспечение. Позволяя строить конечные системы из готовых продуктов на базе новых последовательных каналов и современных процессоров, стандарт AdvancedTCA, кроме того, делает оборудование операторского класса более надежным, более управляемым и более удобным в обслуживании.

Системная архитектура AdvancedTCA разрабатывалась «на вырост», с учетом тех условий, в которых поставщики телекоммуникационных услуг живут и действуют сегодня, и в которых они будут жить и действовать завтра. Стандарт AdvancedTCA оптимизирован под задачи, предполагающие высокую интенсивность обмена данными. AdvancedTCA позволяет создавать системы, отвечающие требованиям стандартов NEBS, и достигать коэффициента готовности «пять девяток». На базе AdvancedTCA можно построить мощную и устойчивую телекоммуникационную инфраструктуру, способную выдерживать резкие скачки интенсивности транзакций и числа подключений, что особенно важно в контексте предоставления современных и перспективных мультимедийных сервисов.

С технической точки зрения стандарт AdvancedТСА получился очень удачным. Благодаря AdvancedТСА, поставщики оборудования и их клиенты могут реализовывать в тех же объемах пространства гораздо больше производительности и функциональности, используя внутрисистемные последовательные интерфейсы для раскрытия потенциала современных многоядерных процессоров и других высокопроизводительных компонентов.

В ближайшие годы стандарт AdvancedTCA и его производные полностью изменят рынок телекоммуникационного оборудования, что неизбежно, поскольку за системными архитектурами AdvancedTCA, AdvancedMC и MicroTCA стоят ведущие поставщики аппаратных средств. В выигрыше от этих перемен окажутся все: производители будут развивать новые направления бизнеса, компании-операторы – расширять спектр предоставляемых услуг, а абоненты – наслаждаться тем качеством жизни, что несут с собой новые сервисы.

Преимущество технологий AdvancedTCA, AdvancedMC и MicroTCA уже оценили многие разработчики и пользователи, занимающиеся телекоммуникационными, промышленными, оборонными, медицинскими и контрольно-измерительным приложениям. Сторонников закрытых решений в указанных системных архитектурах может привлечь то обстоятельство, что они допускают использование как стандартных (Ethernet, InfiniBand и др.), так и частнофирменных последовательных каналов.

Примечания

1.В рамках стандарта CompactPCI идею коммутации внутрисистемных соединений позволяет воплотить спецификация PICMG 2.16, определяющая реализацию коммутируемой сети Ethernet на CompactPCI-совместимой объединительной панели.

2. Полная производительность системы зависит как от той скорости, с которой работают ее вычислительные узлы, так и от той скорости, с которой различные ее подсистемы взаимодействуют между собой. Первый параметр определяется характеристиками используемых процессоров, второй – пропускной способностью внутрисистемных интерфейсов.

3.Спецификация PICMG 3.0 и коннектор ZD в принципе позволяют строить конечные системы также и с использованием других последовательных каналов, включая частнофирменные.

4.Категория FRU включает не только функциональные платы, но также вентиляторные блоки и источники питания.

Статья публиковалась в МКА: мир ВКТ, 1/2008 и на сайте rtsoft.ru.
Помещена в музей с разрешения редакции 17 июля 2018