МикроТСА

MicroTCA (сокращение от Micro Telecommunication Computing Architecture , также: μTCA ) — это модульный открытый стандарт, созданный и поддерживаемый Группой производителей промышленных компьютеров PCI (PICMG). Он предоставляет электрические, механические, температурные характеристики и характеристики управления для создания коммутируемой компьютерной системы с использованием усовершенствованных мезонинных карт (AMC), подключенных непосредственно к объединительной плате . MicroTCA является потомком стандарта AdvancedTCA . ^[1]

История

Быстрое распространение мобильных телекоммуникаций и связанных с ними услуг (таких как текстовые сообщения) в начале тысячелетия увеличило потребность в вычислительной мощности в телекоммуникационных системах. Существующие «операторского уровня» (см. RAS ) вычислительные архитектуры не подходили для размещения высокопроизводительных процессоров того времени. ^[2] Чтобы ответить на эти требования, около 100 компаний работали вместе в PICMG, в результате чего была создана Передовая телекоммуникационная архитектура (AdvancedTCA, ATCA), опубликованная в 2002 году.

После внедрения AdvancedTCA был разработан стандарт, предназначенный для небольших телекоммуникационных систем на границе сети. ^[1] Этот стандарт был ориентирован на создание более компактных и менее дорогих систем без снижения надежности или пропускной способности данных. Этот стандарт, получивший название MicroTCA, был ратифицирован в 2006 году.

Системы MicroTCA после своего выпуска мигрировали в нетелекоммуникационные сектора, такие как оборона, авионика и наука. Это привело к расширению базового стандарта, называемому модулями.

Модули

МикроТСА.0

Базовая спецификация свойств, общих для всех остальных модулей, ратифицирована 6 июля 2006 г. ^[3] Это включает в себя:

Механические характеристики, такие как возможные размеры каркасов для карт, объединительных плат и поддерживаемых модулей AMC.
Электрические характеристики, такие как распределение питания и расположение интерфейсов.
Тепловые характеристики, такие как возможные схемы охлаждения или доступная мощность охлаждения.
Характеристики управления

Вторая редакция базовых спецификаций была ратифицирована 16 января 2020 года и содержит некоторые исправления, а также изменения, необходимые для реализации более высокоскоростных фабрик Ethernet , таких как 10GBASE-KR и 40GBASE-KR4 . ^[4]

МикроТСА.1

Этот модуль добавляет характеристики для систем повышенной прочности, использующих для охлаждения принудительный воздух. Возможные сценарии использования систем на базе MicroTCA.1 включают внешнюю телекоммуникационную, промышленную и аэрокосмическую среду. ^[5]

МикроТСА.2

В этом модуле добавлены спецификации для более строгих требований в отношении температуры, ударов, вибрации и других условий окружающей среды. Эти спецификации ориентированы на использование в телекоммуникационной, машиностроительной и транспортной промышленности, а также в военном бортовом, корабельном и наземном мобильном оборудовании. ^[6] MicroTCA.2 позволяет использовать модули AMC с воздушным и кондуктивным охлаждением.

МикроТСА.3

Этот модуль добавляет спецификации для еще более строгих требований в отношении температуры, ударов, вибрации и других условий окружающей среды. Эти спецификации ориентированы на использование в телекоммуникационной, машиностроительной и транспортной промышленности, а также в военном бортовом, корабельном и наземном мобильном оборудовании. ^[7] MicroTCA.3 требует использования AMC-модулей с кондуктивным охлаждением.

МикроТСА.4

Этот модуль расширяет AMC задним переходным модулем (RTM), увеличивая пространство на печатной плате и повышая модульность. AMC и RTM соединены разъемом, расположенным в зоне 3, определенной в MicroTCA.0. ^[8] Эти спецификации ориентированы на использование в крупномасштабных научных устройствах, таких как ускорители частиц или телескопы .

Компоненты MicroTCA

Карточная клетка

Клетка для карт (также: полка, ящик) содержит все остальные компоненты и поэтому выполняет две основные функции:

Обеспечить механическую стабильность остальных компонентов.
Обеспечьте достаточное охлаждение

Существует широкий спектр карточных клеток. Обычно они отличаются:

тип поддерживаемых модулей (MTCA.0, MTCA.1, ...)
количество предоставляемых слотов (обычно от 2 до 12)
архитектура установленной объединительной платы (см. ниже)
используемая ими схема охлаждения (т. е. воздушный поток спереди назад, снизу вверх, из стороны в сторону, проводящий и т. д.)

Объединительная плата

Объединительная плата представляет собой печатную плату , установленную непосредственно в каркасе для плат. Он соединяет все остальные компоненты системы MicroTCA друг с другом и обеспечивает питание, доступ к данным и доступ к управлению.

По объединительной плате распределяются два типа питания: питание управления (+3,3 В) и питание полезной нагрузки (+12 В). В отличие от типичных объединительных плат, где питание распределяется между всеми компонентами через общую «плоскость питания» на печатной плате, на объединительной плате MicroTCA мощность управления и полезной нагрузки распределяется между каждым компонентом индивидуально. Хотя мощность управления предоставляется каждому модулю, подключенному к объединительной плате с питанием, мощность полезной нагрузки должна быть предоставлена несущим концентратором MicroTCA (MCH) после проверки совместимости модуля с MicroTCA.

Стандарт определяет различные коммуникационные шины, которые может/должна обеспечивать объединительная плата:

Гигабитный Ethernet
ИПМИ
ЧАСЫ
Толстая трубка (может использоваться для PCIe , SRIO или 10G/40G Ethernet)
Ссылки «точка-точка»
Часы
JTAG

Охлаждающий агрегат

Охлаждающий блок (CU) обеспечивает контролируемый поток воздуха в отсеках для карт с воздушным охлаждением. Обычно он состоит из массива вентиляторов и контроллера, подключенного к объединительной плате. MicroTCA Carrier Hub (MCH) может считывать показания датчиков температуры (если они есть) и скорости вращения вентилятора, а также изменять скорость вращения вентилятора через IPMI. Охлаждающее устройство обычно устанавливается в специальный отсек для плат. Некоторые блоки CU легко отсоединяются (например, для очистки или замены), тогда как другие отсеки для карт поставляются со встроенными несъемными блоками CU.

Силовой модуль

Модуль питания (PM, также: источник питания) преобразует мощность переменного тока из линии электропередачи в мощность управления +3,3 В (MP) и мощность полезной нагрузки +12 В (PP), оба из которых являются постоянным током . Существует множество модулей питания, которые различаются:

форм-фактор (т.е. двойная ширина, одинарная ширина)
входное напряжение (110 В, 220 В, оба)
выходная мощность (т.е. 600 Вт, 1000 Вт)

Модуль питания определяет наличие модуля в слоте через указанный контакт в разъеме модуля и немедленно подает на этот модуль питание для управления. Мощность полезной нагрузки управляется MicroTCA Carrier Hub (MCH), который связывается с модулем питания через IPMI.

В модуле питания используется разъем собственного типа, поэтому его можно устанавливать только в определенные слоты, в которые, в свою очередь, не могут быть установлены модули другого типа. В некоторых отсеках для плат имеется дополнительный слот для модуля питания для резервирования. В таком случае один слот является основным, который будет обеспечивать питание по умолчанию, а другой — вторичным, обеспечивая питание только в том случае, если основной не обеспечивает питание.

Несущая станция MicroTCA

MicroTCA Carrier Hub (MCH) — это центральное управляющее устройство каркаса для карт MicroTCA. Он управляет распределением мощности и охлаждением. Обычно он также обеспечивает переключение Gigabit Ethernet и/или PCIe/Serial RapidIO. Некоторые MCH дополнительно обеспечивают синхронизацию. Как видно из названия, они являются концентратором различных звездообразных топологий (т. е. для Ethernet, PCIe) на объединительной плате и поэтому требуют выделенных слотов. Некоторые объединительные платы поддерживают два MCH для резервирования. В этом случае имеется два слота MCH, один из которых назначен первичным, а другой — вторичным.

Расширенная мезонинная карта

Advanced Mezzanine Card (AMC) — это стандарт для печатных плат с возможностью горячей замены. Первоначально он был разработан для использования в системах AdvancedTCA . Стандарт определяет:

размеры печатной платы с двумя вариантами ширины (одинарный, двойной) и тремя вариантами высоты (компактный, средний, полный)
тип, расположение и ориентация разъемов (т. е. зона 1, 2, 3)

Существует огромное разнообразие функций, которые может выполнять AMC:

Вычисления (т. е. модуль с процессором, оперативной памятью, твердотельным накопителем и встроенной графикой)
Хранилище (т. е. носитель SSD)
Видеокарта
Карта FPGA (т.е. для обработки сигналов)
FMC- перевозчик
Карта дигитайзера (аналогово-цифровое и цифро-аналоговое преобразование)
Синхронизация и запуск
и другие

Задний переходной модуль (только MTCA.4)

Задний переходной модуль (RTM) был добавлен в стандарт MicroTCA.4. Он подключается непосредственно к AMC через разъем, расположенный в зоне 3, что требует AMC и RTM двойной ширины. RTM имеет примерно те же размеры, что и AMC, что фактически удваивает доступное пространство на печатной плате на каждый слот в каркасе для карт MTCA.4. Его питание обеспечивает AMC. Таким образом, RTM не может работать самостоятельно, ему требуется спаренный AMC.

Разъем зоны 3 является электрически свободным, что позволяет сделать так, чтобы механически подогнанная пара AMC-RTM была электрически несовместима. Чтобы избежать повреждений из-за этой несовместимости, к MTCA.4-совместимым AMC и RTM был добавлен механический кодовый контакт, механически предотвращающий установку электрически несовместимого RTM в AMC.

Функциональность RTM включает, помимо прочего:

Предварительная/постобработка радиочастотного сигнала (т.е. фильтрация, повышающее/понижающее преобразование, векторная де-/модуляция)
Предварительная/постобработка цифрового сигнала
Генерация/распределение тактовых импульсов
Интерфейсы устройств
Хранение даты
ЦП (только MCH-RTM)

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Обзор MicroTCA» . ПИКМГ . Проверено 20 октября 2021 г.
^ cpci_atca. «История успеха AdvancedTCA лежит на многих плечах» . Системы и технологии PICMG . Проверено 20 октября 2021 г.
^ «Базовая спецификация MicroTCA» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.
^ «Базовая спецификация MicroTCA R2.0» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.
^ «Спецификация прочного MicroTCA с воздушным охлаждением» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.
^ «Спецификация гибридного MicroTCA с воздушным/кондуктивным охлаждением» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.
^ «Спецификация MicroTCA с усиленным кондуктивным охлаждением» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.
^ «Усовершенствование MicroTCA для заднего ввода-вывода и спецификации точного времени» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.

Внешние ссылки

Стандартная краткая форма MicroTCA.0
Лаборатория инноваций Гельмгольца в DESY , сосредоточенная на MicroTCA: Технологическая лаборатория MicroTCA

[PICMG_MTCA-1] Jump up to: ^а ^б «Обзор MicroTCA» . ПИКМГ . Проверено 20 октября 2021 г.

[AdvancedTCA_History_Article-2] _atca. «История успеха AdvancedTCA лежит на многих плечах» . Системы и технологии PICMG . Проверено 20 октября 2021 г.

[MTCA.0_R1-3] «Базовая спецификация MicroTCA» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.

[MTCA.0_R2-4] «Базовая спецификация MicroTCA R2.0» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.

[MTCA.1-5] «Спецификация прочного MicroTCA с воздушным охлаждением» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.

[MTCA.2-6] «Спецификация гибридного MicroTCA с воздушным/кондуктивным охлаждением» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.

[MTCA.3-7] «Спецификация MicroTCA с усиленным кондуктивным охлаждением» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.

[MTCA.4-8] «Усовершенствование MicroTCA для заднего ввода-вывода и спецификации точного времени» . ПИКМГ . Проверено 21 октября 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]