Rambler's Top100
Статьи ИКС № 09 2012
Владимир БРЕТМАН  18 сентября 2012

Опыт MicroTCA требует движения вперед

Магистрально-модульные системы стандарта MicroTCA сегодня достаточно широко применяются в телекоме, оборонных и аэрокосмических приложениях, энергетике, промышленности и медицине. Эти наработки во многом определяют вектор дальнейшего движения в соответствии с логикой развития рынка.

По свидетельству аналитиков, устойчивому росту рынка систем MicroTCA практически не помешал даже глобальный экономический кризис. Оптимистичны и их прогнозы на ближайшую перспективу. Так, согласно прошлогоднему прогнозу VDC Research, совокупные объемы продаж процессорных плат AMC до 2015 г. включительно будут ежегодно увеличиваться среднем на 20% и к 2015 г. достигнут $186,3 млн (рост более чем в 2,5 раза по сравнению с 2010 г.). Основным фактором, определяющим рост рынка устройств MicroTCA на данном этапе, аналитики считают укрепление позиций в тех областях, где компактность оборудования необходимо сочетать с повышенной надежностью в жестких условиях эксплуатации. В числе других факторов – высокая производительность обработки данных и поддержка технологий распределенных периферийных вычислений.

Ступени эволюции

Унифицированные спецификации MicroTCA – закономерный результат эволюции магистрально-модульных архитектур, разрабатываемых под эгидой международного консорциума PICMG.

Базовая спецификация MTCA.0 была утверждена в 2006 г. В иерархической структуре стандартов PICMG эта спецификация фигурирует как дополнение к стандарту PICMG 3.0 – базовой спецификации AdvancedTCA. Кроме того, в MTCA.0 отдельно оговорено полное соответствие стандарту AMC.0 – общему для модулей AMC. Спецификация MTCA.0 образует фундамент для реализации систем MicroTCA, включая механические, электрические и термальные параметры их основных компонентов, а также интерфейсы, механизмы взаимодействия систем и работу подсистемы электропитания. Этого достаточно для создания решений офисного класса, используемых в качестве периферийных составляющих телекоммуникационных инфраструктур. Чтобы удовлетворить растущий интерес заказчиков со смежных рынков (промышленности, оборонного комплекса, энергетики и т.д.), потребовалась разработка вариантов стандарта, адаптированных к более жестким условиям эксплуатации.

В 2009 г. была утверждена спецификация MTCA.1, регламентирующая характеристики систем с воздушным охлаждением для телеком-приложений мобильного и наружного базирования. Системы, соответствующие этой спецификации, должны поддерживать устойчивую работу при низких и высоких температурах (в наиболее жестких вариантах – до –40°C и +80°C соответственно), ударах силой до 25g и синусоидальных вибрациях амплитудой до 3g. Кроме того, от систем MTCA.1 в рабочем режиме требуется выдерживать случайные вибрации амплитудой до 8g.

Еще два варианта спецификаций MicroTCA были ратифицированы в рамках консорциума PICMG в 2011 г. Вначале была утверждена спецификация MTCA.3, распространяющаяся на системы жесткого исполнения с кондуктивным охлаждением для коммерческих и оборонных приложений. Этот вариант стандарта отличают еще более высокие требования к эксплуатационным условиям. Системы, соответствующие спецификации MTCA.3, должны выдерживать удар силой до 40g, электростатический разряд напряжением до 15 кВ, а также функционировать на высоте более 18 км над уровнем моря и быть устойчивыми в рабочем режиме к случайным вибрациям амплитудой до 12g.

Вторая спецификация, утвержденная в 2011 г., – это MTCA.4. Эксплуатационные условия для систем, которые она описывает, в основном аналогичны MTCA.0. Но реализация таких систем содержит ряд архитектурных и конструктивных новаций. Это, в частности, возможность использовать интерфейс 40 Gigabit Ethernet для внутрисистемных коммуникаций и тыльные интерфейсные модули RTM (Rear Transition Module), подключаемые непосредственно к платам AMC с помощью шины I2C (в стандарте MTCA.4 эти модули называются MicroRTM). Исходное назначение систем MTCA.4 – исследования в области ядерной физики, требующие обработки гигантских потоков данных. Однако, как это нередко бывает, интерес к открытому стандарту перспективной высокопроизводительной архитектуры перерос рамки того узкого круга заказчиков, которым он изначально адресован: хотя после принятия стандарта MTCA.4 прошел всего лишь год, уже активно рассматриваются варианты использования систем на его основе в телекоммуникационных, оборонных и иных проектах.

Некоторая заминка возникла со стандартом MTCA.2. Эта спецификация все еще не утверждена окончательно консорциумом PICMG. Стандарт MTCA.2, как и MTCA.3, описывает системы жесткого исполнения для коммерческих и оборонных приложений, но рассматривает системы не с кондуктивным, а с воздушным охлаждением. Выбор технологии охлаждения определяет главным образом конструктивные особенности систем MTCA.2. При этом эксплуатационные условия, которым они должны отвечать, судя по предварительным версиям стандарта, аналогичны MTCA.3.

Коротко о плюсах

Самое главное достоинство архитектуры MicroTCA – широкие возможности для реализации высокопроизводительных систем на базе современных многоядерных процессоров. При этом полный отказ от параллельных шин в пользу последовательных внутрисистемных интерфейсов обеспечивает этим системам баланс большой вычислительной мощности и высокой пропускной способности, а также масштабируемость, позволяя наращивать общую производительность простым увеличением количества процессорных модулей AMC. Подчеркнем, что многие производители уже анонсировали платы AMC с недавно представленными процессорами Intel Core третьего поколения на основе микроархитектуры Ivy Bridge (техпроцесс 22 нм с использованием транзисторов с трехмерной структурой).

Одной из характерных черт технологии MicroTCA являются гибкие коммутационные возможности. Роль коммутатора в системах MicroTCA играет контроллер MCH (MicroTCA Controller Hub) – это, как правило, отдельный модуль AMC, устанавливаемый в специальный слот объединительной панели. В соответствии со стандартом MTCA.0 функциональные возможности этого контроллера реализуют поддержку различных вариантов топологии внутрисистемных коммуникаций. Дополнительную гибкость коммутационной архитектуре MicroTCA придают возможности использования высокоскоростных последовательных интерфейсов (PCI Express, Serial Rapid IO и 10 Gigabit Ethernet).

Сильная сторона MicroTCA – малое время восстановления после отказа и высокая надежность, в том числе за счет возможности полного резервирования всех критически важных компонентов, включая сам MCH. Этим решения на основе MicroTCA отличаются, скажем, от стоечных коммуникационных серверов операторского класса, которые обычно позволяют дублировать только источники питания (либо можно резервировать всю серверную систему целиком – с использованием отдельного коммутатора и внешнего сетевого соединения).

К числу важнейших особенностей MicroTCA относится поддержка модулями питания и управляющими механизмами «горячей» замены модулей AMC. Сходный механизм был в свое время реализован и в системах CompactPCI, однако в архитектуре MicroTCA он надежнее, удобнее и полнее. Замена модуля AMC в системе MicroTCA никак не влияет на работу других модулей. Сделан шаг вперед и в отношении поддержки функций интеллектуального управления на базе архитектуры IPMI (Intelligent Platform Management Interface), благодаря чему обеспечивается постоянный мониторинг параметров работоспособности всех ключевых компонентов. В технологии CompactPCI эти функции реализованы только для систем форм-фактора 6U, и, как показала практика, пользоваться ими не слишком удобно. В системах MicroTCA поддержка IPMI, как и функции «горячей» замены, регламентируется спецификацией MTCA.0.

Еще одно немаловажное достоинство систем Micro-TCA – широкая номенклатура модулей AMC, выпускаемых для них. Наряду с процессорными платами и модулями графического вывода информации в их число входят модули цифровой обработки сигналов (DSP), накопителей данных, ввода-вывода и т. д. Кроме того, производятся специализированные модули для конкретных задач (например, пакетной обработки данных) на основе соответствующих процессоров.

Наконец, преимуществом MicroTCA является и сам статус открытого международного стандарта. Он гарантирует не только совместимость продуктов различных производителей (что обеспечивает пользователям большую свободу выбора), но и возможность модернизации ранее установленных заказчиками систем.

Что показывает опыт

Утвердив спецификации систем MicroTCA жесткого исполнения, консорциум PICMG дал «зеленый свет» выходу этой технологии на новые рынки. Однако пока доминирующая область ее применения – системы для построения сетевых и коммуникационных инфраструктур. По данным прошлогоднего отчета VDC Research, на их долю в 2010 г. пришлось 77% общего объема продаж процессорных плат AMC. По мере освоения новых вертикальных рынков роль коммуникационных приложений на рынке плат AMC, по прогнозам VDC, будет размываться: к 2013 г. их доля понизится до 67%.

К наиболее перспективным сегментам для технологии MicroTCA аналитики VDC относят оборонные и аэрокосмические приложения, а также системы промышленной автоматизации. На них в 2010 г. пришлось соответственно 11 и 8% общего объема продаж процессорных модулей, а к 2013 г. эти цифры вырастут до 13 и 11%.

В оборонных структурах оборудование MicroTCA широко используется в составе радарных и гидролокационных комплексов и в системах подвижной связи. Согласно данным британской компании BAE Systems, специализирующейся на разработке электронных систем для аэрокосмических и оборонных приложений, системы MicroTCA повышенной защищенности уверенно выдерживают жесткие условия тестовых испытаний, эквивалентные 25-летнему циклу работы на наземных объектах подвижной связи оборонного назначения. По мнению многих специалистов, архитектура MicroTCA в полной мере отвечает современной концепции «сетецентрических войн», составляя достойную конкуренцию системам VPX, также ориентированным на оборонные применения.

Телеком-операторы в настоящее время активно разворачивают мобильные сети следующего поколения (в частности, на базе технологии LTE). Для периферийных систем таких сетей архитектура MicroTCA оказывается на сегодня практически безальтернативным выбором, поскольку только она позволяет обеспечить необходимую этим системам повышенную пропускную способность при сравнительно невысокой стоимости и полном соответствии жестким требованиям к компактности, управляемости и защищенности оборудования от воздействий внешней среды. Таким требованиям, например, отвечает реализация аппаратных средств базовых станций на основе систем MicroTCA с кондуктивным охлаждением для приложений внешнего и мобильного базирования Kontron OM5030, а шлюза доступа или контроллера радиосети – на основе платформы операторского класса Kontron OM5080 (см. рисунок).

В промышленности и энергетике системы MicroTCA находят широкое применение в составе мультимониторных комплексов автоматизированных рабочих мест в диспетчерских центрах. Как правило, подобного рода решения рассматриваются в качестве недорогой альтернативы или дополнения для больших диспетчерских экранов коллективного пользования.

Постепенно растет востребованность технологии MicroTCA и в различных медицинских проектах. В особенности это касается задач обработки изображений, связанных с манипулированием большими потоками данных.

Технология MicroTCA имеет хорошие шансы развить свой успех и в таких областях, как транспорт (в том числе информационно-развлекательные системы для пассажиров), электронные системы безопасности и видеонаблюдения, автоматизация розничной торговли, а также цифровые системы оповещения и рекламы.

  

Отечественным разработчикам отказоустойчивых систем для телекоммуникационных и иных приложений пришло время обратить более пристальное внимание на технологию MicroTCA, в большей степени при этом ориентируясь не на кастомизированные решения, а на стандартные коммерческие продукты. Такой подход сократит время разработки систем и снизит их конечную стоимость. Кроме того, технология MicroTCA поддерживает хорошую масштабируемость и удобна в тех случаях, когда системы необходимо модифицировать или модернизировать. Это продлевает жизненный цикл решений и способствует сохранению инвестиций, как разработчиков, так и заказчиков.

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!