2005-11-28
作者 劉洪
眾所周知，今天的電信行業(yè)競爭日趨激烈，其中不僅表現在政府力量的逐漸淡出，市場(chǎng)自由競爭的加劇，而且電信業(yè)務(wù)從語(yǔ)音服務(wù)為主向數據業(yè)務(wù)為主轉化也是其重要的原因。如何才能有效地降低成本、加快新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)并引入新的電信增值業(yè)務(wù)，已經(jīng)成為每個(gè)電信運營(yíng)商不得不考慮和解決的問(wèn)題，經(jīng)驗告訴我們，解決這個(gè)問(wèn)題一個(gè)有效的方法就是采用標準化、模塊化的電信設備。這里，我們將從新一代電信增值服務(wù)的角度來(lái)探討ATCA（AdvancedTCA，Advanced Telecom Computing Architecture，先進(jìn)電信運算架構）在新一代電信網(wǎng)絡(luò )中的作用、技術(shù)先進(jìn)性和應用前景。
NGN趨勢銳不可當
在電信行業(yè)，確保系統正常運行至關(guān)重要，一個(gè)重要的衡量指標就是：99.999%的高可用性。隨著(zhù)電信市場(chǎng)的不斷開(kāi)放，競爭、分工與合作成為運營(yíng)商不得不謹慎考慮的問(wèn)題。運營(yíng)商在選擇平臺設備時(shí)，越來(lái)越注重平臺的開(kāi)放性。新一代網(wǎng)絡(luò )（NGN，Next Generation Network）的優(yōu)勢就是可提供基于標準、開(kāi)放性的高可用平臺來(lái)提供豐富的業(yè)務(wù)。圖1所示為今天的網(wǎng)絡(luò )架構。
圖1 今天的網(wǎng)絡(luò )架構
新一代網(wǎng)絡(luò )未來(lái)趨勢是，電信、網(wǎng)絡(luò )、寬帶、移動(dòng)、無(wú)線(xiàn)等各個(gè)不同產(chǎn)業(yè)劃分各有其專(zhuān)精的領(lǐng)域，也各有其專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識。然而，基于各個(gè)產(chǎn)業(yè)的獨立與唯一性，在大架構不變的情況下，通過(guò)網(wǎng)關(guān)的連接，即可成為各產(chǎn)業(yè)之間網(wǎng)絡(luò )連接的橋梁。寬帶、移動(dòng)、無(wú)線(xiàn)電信設備、服務(wù)運營(yíng)商面臨著(zhù)迫在眉睫的考驗，他們必須適應變化的需求，更快速地將服務(wù)推向市場(chǎng)。
因此，構建一個(gè)開(kāi)放性、透明化的標準電信平臺來(lái)溝通各個(gè)專(zhuān)有的架構規格，讓所有的增值服務(wù)連成一片，已經(jīng)成為電信服務(wù)運營(yíng)商在市場(chǎng)擴張中的制勝法寶。而ATCA恰恰可以根據需求，本著(zhù)容易結合語(yǔ)音與數據的特性，建設開(kāi)放性的電信等級的寬帶網(wǎng)絡(luò )架構，不但適合整合傳統語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )及IP數據網(wǎng)絡(luò )，還會(huì )逐漸取代傳統商用服務(wù)器在電信應用中的地位。它可以應用于各種控制系統、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制系統、軟交換、多媒體IP網(wǎng)關(guān)器、遠程訪(fǎng)問(wèn)、SS7網(wǎng)關(guān)、信號傳送端點(diǎn)系統、CTI、IP電話(huà)、VoIP、WAN/MAN跨接連線(xiàn)、光纖交換解決方案、統一消息、計費系統、地址服務(wù)、Internet存取服務(wù)等。不僅可以降低網(wǎng)絡(luò )建設及運行維護成本，而且能快速提供新的增值服務(wù)，搶占新的市場(chǎng)，滿(mǎn)足用戶(hù)不斷變化的需求。
采用標準化、模塊化的電信設備帶來(lái)的利益是顯而易見(jiàn)的。首選是降低成本，標準化、模塊化的設備很容易實(shí)現大規模生產(chǎn)，所降低的生產(chǎn)成本可以實(shí)現電信運營(yíng)商構建電信平臺成本支出的降低；同時(shí)，標準化、模塊化意味著(zhù)電信運營(yíng)商可以從不同的設備提供商處購買(mǎi)相同的產(chǎn)品，而這也將會(huì )大大降低其采購成本。
由于標準化和模塊化，電信設備開(kāi)發(fā)商很容易找到需要的模塊和系統，而板卡和系統開(kāi)發(fā)商都有自己擅長(cháng)的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。這樣，新的電信設備的開(kāi)發(fā)周期將大大縮短，新的電信增值業(yè)務(wù)推出的周期也相應縮短。電信運營(yíng)商不僅獲得了寶貴的進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)間，更可以利用專(zhuān)業(yè)分工實(shí)現利潤的最大化。
國際PICMG3.0協(xié)會(huì )主席、凌華科技CTO Jeff Munch先生認為：新一代網(wǎng)絡(luò )的電信設備標準化、模塊化這一趨勢已經(jīng)顯現出來(lái)，按照電信設備5－7年的循環(huán)周期，電信設備標準化的高峰即將開(kāi)始，而對于舊設備包袱很小的中國來(lái)說(shuō)，這正是一次直接采用最新的平臺架構，縮短和歐美技術(shù)差距的絕佳時(shí)機?，F在，ATCA已從小范圍的應用走向大家都普遍認可，2006年ATCA將會(huì )得到大規模的應用。
電信網(wǎng)絡(luò )平臺正轉向ATCA架構
近兩年來(lái)，新一代電信網(wǎng)絡(luò )成為了最熱門(mén)的話(huà)題之一，而在電信設備標準化、模塊化的趨勢中，最受人們關(guān)注的技術(shù)就是ATCA。從去年由中國計算機行業(yè)協(xié)會(huì )PICMG/P.R.C與凌華科技集團共同主辦的中國第三屆PICMG技術(shù)年會(huì )到今年在上海舉行的第四屆技術(shù)年會(huì )，都把ATCA作為了一個(gè)重要的議題。作為新一代的開(kāi)放式工業(yè)標準，ATCA在2002年推出后，就受到了業(yè)界矚目。在英特爾、摩托羅拉、凌華科技等公司的大力推進(jìn)下，目前已經(jīng)逐漸被業(yè)界接受。許多主要的電信設備制造商已經(jīng)采用ATCA設計新產(chǎn)品。
ATCA又稱(chēng)為PICMG3.x，是由PCI工業(yè)計算機制造商組織（PICMG）于2001年底制定的滿(mǎn)足高吞吐量、高可靠性的新一代計算平臺標準，也是該組織有史以來(lái)最大的規范項目，共有100多家公司參與其中。它由以前的PICMG2.x演進(jìn)而來(lái)，但又有了根本性的變化。ATCA規范考慮到電信運營(yíng)商不斷增長(cháng)的需求，采用了全新的設計；特別是這一新標準有助于電信設備制造商滿(mǎn)足運營(yíng)商日益苛刻的要求，包括硬件可靠性、高可用性、可擴展性和I/O帶寬，以及增強的可管理性和互操作性。ATCA支持基于數據包的多種交換背板，包括以太網(wǎng)、Star Fabric、光纖通道、InfiniBand和PCIExpress等背板規范。該系列規范體現了高速互連技術(shù)、新一代處理器、增強可靠性、可管理性和可服務(wù)性方面的最新趨勢。
圖2 典型的ATCA機箱
ATCA的另一個(gè)重要特點(diǎn)是集中系統管理，具有基于智能平臺管理接口（IPMI）1.5和每節點(diǎn)雙IPMI/IPMB連接的集中冗余平臺管理能力，可以通過(guò)冗余機箱管理控制器、連接每個(gè)刀片式服務(wù)器的冗余電源插槽，以及交換機拓樸結構本身所支持的內部冗余特性。相對于CompactPCI，ATCA具有更多的優(yōu)勢，首先，擴大了空間和加強了電源提供能力，為系統數據處理能力的大幅度提升提供了可能。其次，數據傳輸能力得到巨大提升，在采用全網(wǎng)狀連接的ATCA機箱的最高數據傳輸能力可達2.4Tbps，完全消除了帶寬不足給電信應用帶來(lái)的障礙。第三，基于IPMI（智能平臺管理接口），ATCA系統的管理性能有了大幅度的提高；利用ShMC（機架管理控制器）系統管理子系統可以對機箱內的單板、電源、風(fēng)扇、溫度傳感器等現場(chǎng)置換單元進(jìn)行智能調節和管理，而管理子系統的實(shí)體承載采用雙IPMB總線(xiàn)，可以確保一條總線(xiàn)失效的情況下系統管理的仍可以穩定進(jìn)行。最后，AdvancedTCA增加專(zhuān)門(mén)針對電信應用的時(shí)鐘總線(xiàn)、更新總線(xiàn)和測試總線(xiàn)。分別滿(mǎn)足電信級應用對時(shí)鐘的需求、為高可靠的冗余背板提供物理同步時(shí)鐘，以及為注入DLSLAM之類(lèi)的特殊需求提供電信測試總線(xiàn)。
由于A(yíng)TCA代表著(zhù)一種全開(kāi)放、可互操作的電信工業(yè)標準。它是專(zhuān)門(mén)用于電信領(lǐng)域的、具有廣泛價(jià)值鏈支持的多種機箱尺寸與配置的重復利用而設計的，可以滿(mǎn)足接入、邊緣和服務(wù)器市場(chǎng)的廣泛需求。電信設備制造商可以采用來(lái)自第三方廠(chǎng)商的可互操作和成熟的商業(yè)化（COTS）軟硬件組件，從而為設備廠(chǎng)商縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間；同時(shí)，采用開(kāi)放性的平臺后，設備廠(chǎng)商可以將工作重心從硬件開(kāi)發(fā)轉向為服務(wù)提供商設計多樣化的中間件和軟件，真正體現出設備廠(chǎng)商之間的差異化，以提供更多的增值服務(wù)。
更重要的是，基于開(kāi)放性的電信架構為運營(yíng)商帶來(lái)了非常靈活的業(yè)務(wù)特性，有助于運營(yíng)商快速地開(kāi)發(fā)和增加新的業(yè)務(wù)，而且可使運營(yíng)商系統集成的時(shí)間縮短一半以上，降低開(kāi)發(fā)成本可達40%。這些正是一些電信運營(yíng)商率先在其3G網(wǎng)的核心網(wǎng)中采用ATCA架構的意義所在。
ATCA應用漸入佳境
全球著(zhù)名的行業(yè)組織UMTS論壇的調查表明，全球使用3G/UMTS標準的WCDMA用戶(hù)數量已經(jīng)超過(guò)1000萬(wàn)，而且這一數量還在迅速增長(cháng)。在3G應用方面，數據業(yè)務(wù)已推進(jìn)到一個(gè)全新的層面，這對于底層的計算平臺也提出了更高的要求——更為強大的計算性能、更為強大的數據傳輸能力、與強大計算性能相配套的散熱性能和更為強大的系統管理能力。
起草ATCA亦即PICMG3.X標準之初，在預先制定的SOW（State of Work）中，就對PICMG3.0規范（PICMG3.X的主規范）進(jìn)行了這樣的描述：“PICMG3.0標準是為新一代融合電信及數據網(wǎng)絡(luò )應用提供一個(gè)高性?xún)r(jià)比的、基于模塊化結構的、兼容的、并可擴展的硬件架構，同時(shí)以模塊架構的形式呈現以支持符合現代傳輸需求的科技或應用，在核心標準中定義機械結構、散熱管理。電源分配和系統管理。PICMG3.0規范的特色是專(zhuān)著(zhù)于電信運營(yíng)級需求‘可靠性、可用性、使用性’的應用，同時(shí)附帶的目的則為加速在高可靠性數據中心（HA Data Center）對該技術(shù)的應用，是規范的目標更清楚針對那些未被現有CompactPCI標準規范或專(zhuān)屬架構滿(mǎn)足的應用，PICMG3.0及其輔助規范將帶給這樣的應用市場(chǎng)一個(gè)良好的解決方案。
ATCA與IMS
今年6月，英特爾公司推出了其第二代專(zhuān)為IMS（IP多媒體子系統）優(yōu)化的ATCA產(chǎn)品，新產(chǎn)品包括三款刀片和相關(guān)技術(shù)，能夠幫助制造商和服務(wù)提供商構建更加靈活、可擴展的IMS設備和服務(wù)。IMS是工業(yè)標準組織定義的3G伙伴關(guān)系項目，也是新一代服務(wù)和集成服務(wù)平臺的戰略焦點(diǎn)。它主要包括CSCF、MGCF、MGW、MRFC、MRFP、BGCF、SCS和AS。其成功的關(guān)鍵在于任何接入——無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn)、VoIP、數據、多媒體——應用、網(wǎng)絡(luò )層和后臺系統之間標準化的接口、任何接入都采用同樣標準化、集成化和模塊化的結構。IMS會(huì )聚網(wǎng)絡(luò )將把所有形式的接入融合在一起，并以單一的服務(wù)形式提供。業(yè)界領(lǐng)導者一直在與PICMG標準組織合作，開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足通信工業(yè)要求的基于開(kāi)放標準的模塊化平臺架構，包括開(kāi)放的源操作系統、基于標準的服務(wù)架構，以及傳輸和平臺獨立的商業(yè)模型。
ATCA恰恰是實(shí)現IMS會(huì )聚網(wǎng)絡(luò )的適用技術(shù)。其基于先進(jìn)標準的HA（高可用性）框架有助于實(shí)現冗余、機架管理和其他技術(shù)，為嚴格的“5個(gè)9”系統運行時(shí)間的最大化提供了保證。ATCA的每個(gè)插槽可提供200W的功率輸出，這就可以使用高性能的處理器和進(jìn)行充分的冷卻。ATCA具有提供高計算密度的能力，可使用主機媒體處理（HMP）或DSP刀片處理諸如聲音和視頻的媒體，實(shí)現豐富的媒體內容和代碼轉換。在視頻編碼和RTP加速方面，利用采用DSP技術(shù)或先進(jìn)夾層卡（AdvancedMC或AMC）技術(shù)的豐富的專(zhuān)用ATCA刀片可提供豐富的媒體環(huán)境所需的處理能力。此外，當需要SS7或其他PSTN信令時(shí)，ATCA處理板還可以進(jìn)行定制，為現有的網(wǎng)絡(luò )提供連通性；ATCA支持刀片存儲結構或作為基礎及擴展結構接口；還可將控制和用戶(hù)數據分開(kāi)，滿(mǎn)足IMS所需的多達四個(gè)單獨的網(wǎng)絡(luò )結構的接口要求。
ATCA和IPTV
IPTV是一種IP多媒體服務(wù)，是IMS的具體體現，在亞洲的需求增長(cháng)迅速。IPTV是一種依賴(lài)于嚴格的QoS傳送屬性的接入診斷服務(wù)。它建立在開(kāi)放標準之上，需要部署在可靠、耐用的平臺上，ATCA正是實(shí)現IPTV的倍受關(guān)注的平臺。IPTV主要的服務(wù)要求包括：每個(gè)用戶(hù)都有個(gè)人視頻流（VoD），需要300Kbps到4Mbps之間的速率；必需的外部硬盤(pán)陣列需要TB級的視頻存儲；支持流行內容所需的硬盤(pán)高速緩存，在4Mbps速率、1GB高速緩存條件下每秒可存儲2000個(gè)用戶(hù)，8GB刀片可存儲一部電影；服務(wù)退化不能持續超過(guò)10分鐘。在IPTV與IMS平臺的共享方面，需要經(jīng)濟而啟動(dòng)靈活和可升級平臺；主機服務(wù)器和DSP刀片的組合，以實(shí)現格式轉換、帶寬適應、現場(chǎng)報道捕獲；大型存儲器配置需要支持流行內容的高速緩存；存儲選擇需要支持多合一（如硬盤(pán)+光碟機）的要求，包括隨機訪(fǎng)問(wèn)、電視遙控偏好的用戶(hù)；網(wǎng)絡(luò )的劃分支持管理、內容接入（iSCSI）和會(huì )話(huà)流。
ATCA對現在和未來(lái)通信與計算融合的演進(jìn)的推動(dòng)主要體現在兩個(gè)方面。演進(jìn)之一是在應用層——計算數據中心。ATCA平臺可以涵蓋3G IMS、MCU、CDN和視頻forward & Switch等電信級高密度服務(wù)器。以其開(kāi)放的架構、廣泛的生態(tài)系統、計算能力和高性?xún)r(jià)比，以及高密度、快速部署、維護方便、模塊化易于擴容、靈活多樣的計算技術(shù)優(yōu)勢吸引了運營(yíng)商的矚目。
目前，ATCA在計算方面的演進(jìn)熱點(diǎn)是IPTV CDN。CDN即互聯(lián)網(wǎng)內容發(fā)布網(wǎng)絡(luò )（Content Delivery Network），其硬件架構最初是單臺服務(wù)器集群，隨著(zhù)運營(yíng)商對IPTV的重視，其運營(yíng)級的穩定可靠性成了不得不考慮的因素。包括華為、中興、思華在內的幾個(gè)IPTV領(lǐng)軍者都不約而同地把CDN構架在A(yíng)TCA之上，并已在國內部署了相當多的試驗局。
演進(jìn)之二是在應用層以下——通信-電信網(wǎng)絡(luò )設備，ATCA平臺可覆蓋2G-BSC/3G-RNC、NGN、光傳輸、LAN交換路由器等產(chǎn)業(yè)化電信級網(wǎng)絡(luò )通信平臺。其優(yōu)勢在于采用開(kāi)放的標準、豐富的生態(tài)系統、具有成本效益、可加速產(chǎn)品上市時(shí)間。其應用熱點(diǎn)是是無(wú)線(xiàn)接入基站控制器子系統、接入網(wǎng)WiMax基站及GPON/EPON，以及IMS。它不僅為移動(dòng)用戶(hù)提供基于IP的多媒體業(yè)務(wù)，還可以向固定用戶(hù)提供業(yè)務(wù)。這些IMS內的核心設備之間的信令協(xié)議都是構建在IP網(wǎng)絡(luò )基礎之上提供媒體服務(wù)的通用軟件模塊化接口。架構起這些核心設備的恰恰是運營(yíng)級的電信服務(wù)器。ATCA與生俱來(lái)的電信設備級模塊化架構很好地滿(mǎn)足了IMS的硬件平臺需求，深受設備商和運營(yíng)商的喜愛(ài)。
為了支持上述的演進(jìn)，一些在A(yíng)TCA方面領(lǐng)先的廠(chǎng)商紛紛推出了各種新產(chǎn)品。凌華科技基于A(yíng)TCA的高性能單板計算機ADLINK ATCA－6890，以及在6U機架的ATCA子系統基礎上推出的10U的ATCA子系統，利用以可立即商用化硬件與軟件模塊使電信系統廠(chǎng)商有可以在新一代網(wǎng)絡(luò )設備中迅速采用ATCA系統。凌華科技的PXI-9820高速數據采集卡也已應用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)基頻發(fā)射模塊測試系統，為包括芯片設計、系統生產(chǎn)在內的WLAN廠(chǎng)商迎接巨大的市場(chǎng)商機，同時(shí)降低龐大的研發(fā)設計驗證和生產(chǎn)測試設備成本做出了貢獻。以高速數據采集卡為核心開(kāi)發(fā)的成本低廉、功能靈活且適于大量復制的WLAN發(fā)射模塊實(shí)時(shí)誤差向量幅度測試系統，解決了廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)新一代產(chǎn)品時(shí)無(wú)法使用原有昂貴的測試設備而另外花費巨資購置新設備的問(wèn)題，同時(shí)明顯縮短了開(kāi)發(fā)周期，使研發(fā)人員和產(chǎn)品線(xiàn)都可使用和升級至新一代產(chǎn)品的測試設備。相同的概念也可以用于液晶電視、機頂盒、通信產(chǎn)業(yè)等方方面面。只要采用規格適當的數據采集卡，就可以開(kāi)發(fā)出成本令人滿(mǎn)意的檢測系統。
摩托羅拉公司也開(kāi)發(fā)了低高度ATCA機箱平臺，能夠以具有成本效益的方法將ATCA擴展到新的應用領(lǐng)域。其目標應用非常廣泛，在匯聚網(wǎng)絡(luò )和3G網(wǎng)絡(luò )方面，有用于刀片服務(wù)器和存儲應用的集群、城域網(wǎng)/服務(wù)邊沿和GGSN路由器、IMS（“三重服務(wù)和生活方式服務(wù)”）、會(huì )話(huà)邊界控制器、模塊化SIP和軟交換、網(wǎng)絡(luò )測試等；在主機服務(wù)方面，可用于站點(diǎn)服務(wù)系統、服務(wù)器負載平衡器、TCP和SSL卸載、iSCSI控制器和存儲虛擬化、站點(diǎn)流量管理器、可升級安全和網(wǎng)關(guān)系統等?？梢赃@樣講，凡是需要縮小或重新細分的ATCA應用都可以采用這個(gè)平臺，如新出現的農村市場(chǎng)的部署，以及OEM的可升級產(chǎn)品計劃。
這些充分顯示了廠(chǎng)商在簡(jiǎn)化標準電信設備構建工作方面所做的不懈努力。隨著(zhù)這些組件廠(chǎng)商的增加和ATCA技術(shù)在實(shí)際應用中的日臻成熟，未來(lái)的一年將會(huì )是ATCA大行其道的一年。
未來(lái)發(fā)展不可限量
綜上所述，在PICMG的大力推動(dòng)下，越來(lái)越多的廠(chǎng)商開(kāi)始投入到ATCA產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中，而兼容性測試也在PICMG協(xié)會(huì )的大力推動(dòng)下正在不同的會(huì )員之間展開(kāi)。RHK咨詢(xún)公司預計，到2007年ATCA的市場(chǎng)規模將達到37億美元，而另一家咨詢(xún)公司甚至認為這一數字應該是200億美元。調查也顯示，目前有90%的電信OEM都在開(kāi)發(fā)基于A(yíng)TCA的系統。目前華為、阿爾卡特、摩托羅拉、凌華科技、Force、Kontron、Portwell、RadiSys等都已推出了基于A(yíng)TCA刀片組件、單板機等。今天，可為電信設備制造商帶來(lái)戰略?xún)?yōu)勢的ATCA標準正在被越來(lái)越多的電信設備開(kāi)發(fā)商和電信運營(yíng)商接受。許多著(zhù)名設備廠(chǎng)商的NGN網(wǎng)絡(luò )中，有不少設備采用了開(kāi)放性的ATCA平臺?？梢灶A期，在新的電信設備中，ATCA架構正在取代傳統的電信架構成為運營(yíng)商的新寵，它與cPCI相互補充，共同促進(jìn)著(zhù)電信行業(yè)乃至整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
ATCA是適用于充分冗余、高度可用性、雙星和格網(wǎng)互連、獨立控制和用戶(hù)平面、大型服務(wù)器12U到14U機架、中央局設備、運營(yíng)商環(huán)境的理想解決方案。其適用的應用包括：Telco核心網(wǎng)絡(luò )應用；SGSN、RNC、MSC、Softswitch、媒體服務(wù)器、多業(yè)務(wù)交換、會(huì )聚包交換；視頻數據轉發(fā)，等等。ATCA市場(chǎng)正在迅速增長(cháng)，體現在CPU刀片、ATCA運營(yíng)商刀片、ATCA集線(xiàn)器刀片和機箱技術(shù)等諸多方面。目前，一些廠(chǎng)商還在A(yíng)TCA刀片以外開(kāi)發(fā)了microTCA和專(zhuān)有運營(yíng)商卡，使ATCA的產(chǎn)品范圍進(jìn)一步擴大，為運營(yíng)商提供了更加豐富的應用。
圖3 未來(lái)系統的協(xié)同性能集成
總之，ATCA和MicroTCA既有又互為補充，AMC將很有可能被優(yōu)化，但是我有通用元件，ATCA適用于高性能和高容量的核心網(wǎng)絡(luò )應用，MicroTCA更適合邊沿設備、企業(yè)和商業(yè)應用?？傊?，ATCA適用于高性能和高容量的核心網(wǎng)絡(luò )應用，MicroTCA更適合邊沿設備、企業(yè)和商業(yè)應用。ATCA和MicroTCA既有不同又互為補充。
AMC-支持ATCA標準的模塊化理念
2005-11-10
作者：Jurgen Eder SBS公司
ATCA正處于發(fā)展期，雖然第一批ATCA產(chǎn)品上市已經(jīng)有相當長(cháng)的時(shí)間了。由硬件和方案供應商組成的新的結構體系正在向全世界推廣ATCA產(chǎn)品。
ATCA正在逐步得到重視，它為給用戶(hù)設計全新的系統結構提供了理論支持。目前的ATCA產(chǎn)品還處于測試階段，預計在2007年前后將帶來(lái)商業(yè)效益。
當2002年，AdvancedTCA作為在通訊領(lǐng)域里支持開(kāi)放標準的新理念進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，許多人質(zhì)疑它的潛在成功性。在此期間，人們幾乎每星期都在閱讀關(guān)于新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)以及有關(guān)ATCA的硬件、軟件、系統、新聯(lián)盟關(guān)系等資料，或者是由電信設備生產(chǎn)商（TEM）對這項新技術(shù)做出的承諾等相關(guān)報道。
當談?wù)揂dvancedTCA時(shí)，人們應該同樣牢記高級子卡(AMC)。AMC模塊是支持ATCA系統的最小的插入式模塊。大體上，它們與知名的PMC(PCI子卡)模塊卡非常相似。因此在A(yíng)TCA系統中，AMC模塊需要一個(gè)載板。
也許有人會(huì )問(wèn)：為什么要舍棄已非常成熟的PMC模塊呢？事實(shí)上，第一批ATCA板是采用PMC模塊的。這些板被用來(lái)在初期的開(kāi)發(fā)階段對ATCA理念進(jìn)行測試。在那個(gè)時(shí)候，還沒(méi)有AMC標準以及相關(guān)的部件和連接器。所以在市場(chǎng)上，當時(shí)還沒(méi)有可用的AMC板。
PMC模塊使用一條并行PCI總線(xiàn)。但是，此并行總線(xiàn)系統已不能滿(mǎn)足ATCA系統的要求。通訊世界已經(jīng)開(kāi)始采用交換結構，AMC模塊正是基于這種結構，像PCI Express、串行快速I(mǎi)O和其他產(chǎn)品一樣支持數據傳輸。以太網(wǎng)則作為控制總線(xiàn)。
AMC模塊的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是熱插拔性能。在系統運行期間，這些AMC模塊可以被從載板（機前側）上插入或者拔出。載板本身是具有熱插拔特性的，在更換AMC時(shí)，它可以保持插入狀態(tài)。從尺寸上來(lái)說(shuō)，最小規格的系統（73.4 x 173 mm）最多容納8個(gè)AMC模塊。AMC另一個(gè)主要的優(yōu)勢是可以應用更多功能強大（更快速）的部件，這是因為AMC規范允許更高的功耗。
PMCAMC
規格單寬或雙寬單寬或雙寬 全高
單寬或雙寬 半高
尺寸74mm×149mm
板后高度最高1.9mm73.4mm×181.5mm(173可用)
板后高度最高2.6mm
連接器無(wú)屏蔽 P1386屏蔽的不同部件（20個(gè)雙接口）
內部連接PCI:32/33；64/33；32/66；64/66；
以太網(wǎng)1千兆以太網(wǎng)，光纖通道，PCI-Express，IBX，XAUI，10千兆以太網(wǎng)
帶寬PCI：1-4Gbits/sec
以太網(wǎng)：1Gbits/sec1至 >N×10 Gbits/sec
管理無(wú)IPMI
熱插拔無(wú)有
電源7.5W
12W（PrPMC）25W（單寬，半高）
50W（單寬，全高）
60W（雙寬，全高）
PMC和AMC模塊的比較
系統管理
ATCA系統支持與熱插拔相關(guān)的多種結構協(xié)議。這意味著(zhù)，熱插拔過(guò)程需要被密切監控。
舉例來(lái)說(shuō)，假定ATCA系統用來(lái)支持PCI Express結構，一個(gè)基于快速I(mǎi)/O的AMC模塊插在載卡上。此時(shí)，其對功率的要求可能超過(guò)載卡功耗分配（200W）而導致系統崩潰。這是有害的，無(wú)論如何需要阻止其發(fā)生。
因此，我們需要保持系統最大的靈活性?；谶@個(gè)原因，ATCA-AMC系統結構包括一個(gè)基于智能平臺管理接口（IPMI）的完全自主管理基本架構。這意味著(zhù)，對AMC模塊和載卡的執行，使用一個(gè)管理結構使配置數據的內部交換變得非常簡(jiǎn)單。這個(gè)載卡，借助架構管理器，首先需要檢驗的是AMC卡在系統中是否可被接受。也就是說(shuō)，載卡需要獲得如下的信息：功耗分配、要求的通訊協(xié)議和其它參數。下圖是ATCA系統管理基本架構的圖示。
以下是在插入過(guò)程中所涉及到的AMC熱插拔主要步驟：
· 載卡通過(guò)一個(gè)輸入信號檢測到一個(gè)AMC模塊將要被插入。此時(shí)，模塊的功能還不清楚，因此只有模塊管理控制器是加電的（確保#信號）。
· 模塊激活位于前面板上的藍色LED，并讀取已經(jīng)分配的地址。之后，MMC給載卡IPMI控制器（IPMC）發(fā)送一個(gè)IPMI信息，表明熱插拔已經(jīng)發(fā)生。
· 熱插拔交換一旦被激活，模塊就發(fā)送一條信息給載卡，信息是"模塊熱插拔處理關(guān)閉。"
· 反過(guò)來(lái)，載卡向模塊發(fā)送信息"設置模塊LED狀態(tài)命令"，藍色模塊LED開(kāi)始閃亮。操作員被告知插入的模塊可能被系統配置。
· 載卡等待從架構管理控制器上獲得指令，是否實(shí)施配置。
· 載卡接到配置模塊的指令后，征詢(xún)模塊有關(guān)其功耗需求和其它參數（E-Keying）。這條信息被局部存儲器（FRU）上MMC讀取，并被發(fā)送到載卡IPMC上。從載卡IPMC上被發(fā)送到架構管理器上。
· 只有架構管理器已經(jīng)確認并批準模塊的功耗要求之后，載卡才能夠繼續配置。如果功耗要求不在載卡系統功耗預算之內，架構管理器拒絕此模塊，配置過(guò)程終止。
· 載卡IPMC翻譯模塊的E-Keying數據并對模塊和載卡的傳輸協(xié)議是否兼容進(jìn)行核實(shí)。這確保PCI Express和PCI Express相配，而不是和串行快速I(mǎi)O或任何其它協(xié)議相配。
· 當已經(jīng)建立模塊與載卡的兼容，IPMC發(fā)送一條信息到MMC，信息名稱(chēng)為"設置模塊LED狀態(tài)命令"。之后，模塊關(guān)閉模塊LED，載卡將有效載荷功耗應用于此模塊。模塊就已經(jīng)集成到系統并能執行其功能。
功耗與制冷
正如人們期待的那樣，和PMC相比，AMC規范允許更高功耗分配。盡管如此，人們必須非常小心的配置處理器AMC，因為新的處理器、芯片、內存甚至是板載電源會(huì )快速消耗電源功率。制冷很快就會(huì )成為問(wèn)題。ATCA系統的熱管理和AMC模塊是最為重要的。
SBS采取可焊接存儲策略，而不是采用插入式存儲模塊。插入式存儲模塊需要一個(gè)連接器，連接器放置在氣流通道的中間，給空氣流通造成了障礙。這導致氣流碰撞并產(chǎn)生空氣墊。連接器后面的部件得不到很好地冷卻。另一方面，可焊接的部件對震蕩和振動(dòng)是不敏感的，模塊的MTBF較高。Telum ASLP10就具有很高的可靠性。
其它技術(shù)
同AdvancedTCA一樣，另一個(gè)有趣的規格MicroTCA也在開(kāi)發(fā)中。它與AdvancedTCA的主要區別是：AMC模塊直接插在背板上而不是插到載卡。系統機箱較小，MicroTCA主要使用在A(yíng)TCA系統太大、或不需要完全ATCA功能的應用中。
現有的規格允許插入兩個(gè)垂直成疊的單寬度AMC或者一個(gè)雙高單寬AMC。其它的同類(lèi)模塊可以水平地插入一個(gè)19英寸系統，同時(shí)人們也在探討更小規格的產(chǎn)品。
總結
AMC模塊滿(mǎn)足ATCA系統的一個(gè)重要要求。這些模塊使工程師們可以通過(guò)簡(jiǎn)單升級通道來(lái)構建非常強大的系統。每次升級，載卡不需要重新改造。這樣可以更好地使用現有架構，使系統生命周期延長(cháng)，并降低成本。
