МикроТКА

MicroTCA (сокращение от Micro Telecommunications Computing Architecture , также: μTCA ) — это модульный открытый стандарт, созданный и поддерживаемый PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG). Он предоставляет электрические, механические, тепловые и управленческие спецификации для создания коммутируемой компьютерной системы с использованием Advanced Mezzanine Cards (AMC), подключенных напрямую к объединительной плате . MicroTCA является потомком стандарта AdvancedTCA . ^[1]

Быстрое развитие мобильных телекоммуникаций и связанных с ними услуг (таких как текстовые сообщения) в начале тысячелетия увеличило спрос на вычислительную мощность в телекоммуникационных системах. Существующие вычислительные архитектуры "операторского класса" (см. RAS ) не подходили для размещения высокопроизводительных процессоров того времени. ^[2] Чтобы ответить на эти требования, около 100 компаний работали вместе в PICMG, что привело к появлению Advanced Telecommunications Architecture (AdvancedTCA, ATCA), опубликованной в 2002 году.

После введения AdvancedTCA был разработан стандарт, обслуживающий меньшие телекоммуникационные системы на границе сети. ^[1] Этот стандарт был ориентирован на более компактные, менее дорогие системы, без снижения надежности или пропускной способности данных. Этот стандарт, названный MicroTCA, был ратифицирован в 2006 году.

Системы MicroTCA после своего выпуска мигрировали в нетелекоммуникационные секторы, такие как оборона, авионика и наука. Это привело к расширениям базового стандарта, называемым модулями.

Базовая спецификация свойств, общих для всех других модулей, ратифицирована 6 июля 2006 г. ^[3] Сюда входят:

• Механические характеристики, такие как возможные размеры каркасов для плат, объединительных плат и поддерживаемых AMC-модулей
• Электрические характеристики, такие как распределение питания и компоновка интерфейса
• Тепловые характеристики, такие как возможные схемы охлаждения или доступная мощность охлаждения
• Характеристики управления

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

Этот модуль добавляет спецификации для систем повышенной прочности, использующих принудительное воздушное охлаждение. Возможные сценарии для систем на базе MicroTCA.1 включают внешнюю телекоммуникационную, промышленную и аэрокосмическую среду ^[5]

Этот модуль добавляет спецификации для более строгих требований в отношении температуры, ударов, вибрации и других условий окружающей среды. Эти спецификации ориентированы на использование в телекоммуникационной отрасли, машиностроении и транспортной промышленности, а также в военном воздушном, корабельном и наземном мобильном оборудовании. ^[6] MicroTCA.2 позволяет использовать модули AMC с воздушным и кондуктивным охлаждением.

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 отрасли, машиностроении и транспортной промышленности, а также в военном воздушном, корабельном и наземном мобильном оборудовании. ^[7] MicroTCA.3 требует использования охлаждаемых кондукцией AMC-модулей.

Этот модуль расширяет AMC с помощью заднего переходного модуля (RTM), увеличивая пространство на печатной плате и модульность. AMC и RTM соединены с помощью разъема, расположенного в зоне 3, определенной в MicroTCA.0. ^[8] Эти спецификации ориентированы на использование в крупномасштабных научных устройствах, таких как ускорители частиц или телескопы .

Каркас для карт (также: полка, ящик) вмещает все остальные компоненты и, как таковой, имеет две основные функции:

• Обеспечить механическую устойчивость других компонентов.
• Обеспечить достаточное охлаждение

Существует широкий спектр карточных клеток. Они обычно различаются по:

• 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. поток воздуха спереди назад, снизу вверх, сбоку в сторону, кондуктивный,...)

Задняя панель представляет собой печатную плату , установленную непосредственно в каркас для карт. Она соединяет все остальные компоненты системы MicroTCA друг с другом и обеспечивает им питание, доступ к данным и управление.

Два типа питания распределяются по объединительной плате: питание управления (+3,3 В) и питание полезной нагрузки (+12 В). В отличие от типичных объединительных плат, где питание распределяется по всем компонентам через общую «силовую плату» на печатной плате, на объединительной плате MicroTCA питание управления и полезной нагрузки распределяется по каждому компоненту индивидуально. В то время как питание управления предоставляется каждому модулю, подключенному к питаемой объединительной плате, питание полезной нагрузки должно предоставляться концентратором MicroTCA Carrier Hub (MCH) после того, как будет обеспечена совместимость модуля с MicroTCA.

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

• Гигабитный Ethernet
• ИПМИ
• САТА
• Fat Pipe (можно использовать для PCIe , SRIO или 10G/40G Ethernet)
• Ссылки точка-точка
• Часы
• JTAG

Охлаждающий блок (CU) обеспечивает контролируемый поток воздуха в охлаждаемых воздушным потоком каркасах для карт. Обычно он состоит из ряда вентиляторов и контроллера, который подключен 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. Охлаждающий блок обычно устанавливается на определенный каркас для карт. Некоторые CU легко отсоединяются (например, для очистки или замены), в то время как другие каркасы для карт поставляются со встроенными, неотсоединяемыми CU.

Модуль питания (PM, также: блок питания) преобразует переменный ток из линии питания в +3,3 В питания управления (MP) и +12 В питания полезной нагрузки (PP), оба из которых являются постоянными . Существует множество модулей питания, которые отличаются:

• 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 штырь в разъеме модуля и немедленно обеспечивает этот модуль питанием управления. Питанием полезной нагрузки управляет MicroTCA Carrier Hub (MCH), который взаимодействует с модулем питания через IPMI.

Модуль питания использует свой собственный тип разъема и, таким образом, может быть установлен только в предназначенные слоты, которые, в свою очередь, не могут содержать какой-либо другой тип модуля. Некоторые каркасы для карт предоставляют дополнительный слот для модуля питания для резервирования. В таком случае один слот является основным, который будет обеспечивать питание по умолчанию, а другой — вторичным, обеспечивающим только питание, если основной не обеспечивает.

MicroTCA Carrier Hub (MCH) — это центральное управляющее устройство каркаса карт MicroTCA. Он управляет распределением питания и охлаждением. Обычно он также обеспечивает коммутацию Gigabit Ethernet и/или PCIe/Serial RapidIO. Некоторые MCH дополнительно обеспечивают тактирование. Как следует из названия, они являются концентратором различных топологий «звезда» (например, для Ethernet, PCIe) на объединительной плате и, таким образом, требуют выделенного слота(ов). Некоторые объединительные платы поддерживают два MCH для резервирования. В этом случае есть два слота MCH, один из которых назначен основным, а другой — вторичным.

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 (одинарная, двойная) и тремя вариантами высоты (компактная, средняя, ​​полная)
• тип, расположение и ориентация разъемов (т.е. Зона 1, 2, 3)

Существует огромное разнообразие функций, которые может выполнять AMC:

• Вычислительная техника (т.е. модуль с ЦП, ОЗУ, SSD и встроенной графикой)
• Хранилище (например, SSD-носитель)
• Видеокарта
• Плата ПЛИС (например, для обработки сигналов)
• FMC- перевозчик
• Плата дигитайзера (аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование)
• Синхронизация и запуск
• и другие

Задний переходный модуль (RTM) был добавлен в стандарт MicroTCA.4. Он подключается напрямую к AMC через разъем, расположенный в зоне 3, требуя AMC и RTM двойной ширины. RTM имеет примерно те же размеры, что и AMC, в основном удваивая доступное пространство печатной платы на слот в каркасе для карт MTCA.4. Его питание обеспечивается AMC. Таким образом, RTM не может работать сам по себе, а требует парного AMC.

Соединитель зоны 3 является электрически свободным, конфигурируемым, что делает возможным, чтобы механически подходящая пара AMC-RTM была электрически несовместимой. Чтобы избежать повреждений из-за этой несовместимости, механический кодовый штифт был добавлен к совместимым с MTCA.4 AMC и RTM, механически предотвращая установку электрически несовместимого RTM в AMC.

Функциональность RTM включает, помимо прочего:

• Предварительная и последующая обработка радиочастотного сигнала (т.е. фильтрация, повышение и понижение частоты, векторная демодуляция)
• Предварительная и последующая обработка цифрового сигнала
• Генерация/распределение часов
• Интерфейсы устройств
• Хранение данных
• ЦП (только MCH-RTM)

• Стандартная краткая форма MicroTCA.0
• Лаборатория инноваций Гельмгольца в DESY , сосредоточенная вокруг MicroTCA: Лаборатория технологий MicroTCA