微型電信運算架構(gòu)(MicroTCA)系統(tǒng)的提出帶來了一個理念，那就是先進夾層卡(AMC)不但可以為電信運算架構(gòu)(ATCA)刀片服務(wù)器提供擴展接口，而且它們還可以直接插到無源背板中，并通過MicroTCA承載板匯集器(MCH)彼此通訊。小型化通常意味著更具有成本效益，因此MicroTCA系統(tǒng)顯然將比ATCA系統(tǒng)更節(jié)省成本。由于ATCA系統(tǒng)的模塊化要求，MicroTCA系統(tǒng)所必需的輔助性模塊(例如電源模塊、具有機架管理功能的交換模塊等)必須去掉，以縮減尺寸，適應(yīng)AMC模塊的尺寸要求(形狀因子)。此外，與目前ATCA的使用情況相比，MicroTCA需要更多不同類型的機箱。
除了機箱自身的架構(gòu)外，基于PCI Express、千兆以太網(wǎng)或SRIO等不同標準的背板協(xié)議，以及點對點、星型、雙星型結(jié)構(gòu)等背板拓撲都對背板的設(shè)計有決定性意義。正是由于現(xiàn)在這些復雜多變的需求，不同MicroTCA系統(tǒng)的價格將不可避免地有很大差別。
表1：ATCA系統(tǒng)和MicroTCA系統(tǒng)必需組件的簡單對比。
表中簡要對比了ATCA系統(tǒng)和MicroTCA系統(tǒng)的必要組成部分。仔細比較MicroTCA與ATCA系統(tǒng)中AMC卡的連接器分布可知，兩者的實際結(jié)構(gòu)明顯不同，這種差異對MicroTCA系統(tǒng)所需的背板和MCH而言非常重要。設(shè)計工程師必須根據(jù)需求決定采用哪種系統(tǒng)架構(gòu)，是簡單非冗余、部份冗余還是全冗余？
此外，MicroTCA系統(tǒng)的散熱設(shè)計也與ATCA系統(tǒng)不同。MCH結(jié)構(gòu)、電源模塊，以及通過影響空氣阻力來影響散熱性能的機械結(jié)構(gòu)都是不可忽視的。
今天的MicroTCA市場已經(jīng)劃分為兩大應(yīng)用領(lǐng)域。電信領(lǐng)域的應(yīng)用基于千兆以太網(wǎng)背板協(xié)議，而利基市場的應(yīng)用則采用SRIO協(xié)議。另一方面，那些來自服務(wù)器領(lǐng)域的客戶仍將采用基于PCI Express協(xié)議的產(chǎn)品。由于只有一個PCI Express根聯(lián)合體(Root complex)，此時無需考慮用2個MCH構(gòu)建冗余系統(tǒng)這樣的問題。對采用星型網(wǎng)絡(luò)的簡單背板設(shè)計來說，一個MCH、一套AMC連接器、一個風扇單元和電源模塊就足夠了。這將使得未來開發(fā)和構(gòu)建基于MicroTCA的模塊化服務(wù)器成為可能。在基于MicroTCA的服務(wù)器中引入具有電信I/O接口的AMC，使得這種類型的服務(wù)器在電信領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。更多的冗余需求則可以通過備份或備用服務(wù)器的中間件快速而有效地實現(xiàn)。
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| 圖1：單立方體MicroTCA系統(tǒng)產(chǎn)品圖 |
對于要求全冗余系統(tǒng)的傳統(tǒng)電信應(yīng)用，用MicroTCA系統(tǒng)來實現(xiàn)會略有困難。冗余設(shè)計會增加成本，設(shè)計一個支持2至4個電源模塊、2個MCH(每個MCH帶有680個引腳)以及多達12個AMC和2個風扇單元的背板，所需的費用不可小視，因此需要認真考慮背板的總層數(shù)和允許的最大厚度。如果系統(tǒng)采用在公共端口(端口0、1)和粗管道區(qū)域(端口4-7或8-11)支持千兆以太網(wǎng)并具有機箱管理功能的MCH、智能電源模塊，以及符合NEBS標準的帶有2個風扇單元的機箱，那么系統(tǒng)的成本將迅速提高。如果客戶堅持所有這些要求，則必須針對特定應(yīng)用來構(gòu)建和優(yōu)化機箱及背板，以降低成本。
以上關(guān)于MicroTCA系統(tǒng)的基本考慮事項已經(jīng)證明，構(gòu)建業(yè)界首個MicroTCA系統(tǒng)非常困難，因為必須始終滿足所有客戶的全部需求。假設(shè)設(shè)計工程師進行不同的工程設(shè)計，需求有很大不同，那么支持MicroTCA市場最好的方式，是提供一個可用的基本系統(tǒng)。利用這個系統(tǒng)，首批應(yīng)用可已被移植到MicroTCA架構(gòu)，并可以被測試以及正常工作。這個基本系統(tǒng)已經(jīng)反映了一定的應(yīng)用需求。
那么，這個系統(tǒng)將用在什么地方？由誰來使用它？應(yīng)該支持哪些背板協(xié)議？應(yīng)該支持哪些種類的AMC尺寸規(guī)格？需要消耗多少功率？電源模塊的有效功率是多少？只有明確了這些問題以及其它一些細節(jié)問題，并仔細研究實際需求和需求之間的內(nèi)部關(guān)系，才能設(shè)計出成本優(yōu)化、高度靈活并可支持市面上眾多AMC卡的系統(tǒng)。
詳細的技術(shù)要求
“半高單寬(single compact)”和“全高單寬(single full size)”尺寸規(guī)格目前被大多數(shù)的AMC卡采用。 “全高雙寬(Double full size)”規(guī)格的AMC卡則被批準為雙雙核(DualDual Core)處理器卡和網(wǎng)絡(luò)處理器卡(NP)的規(guī)格，因此同樣要在系統(tǒng)設(shè)計中支持這種規(guī)格。
市場分析顯示，目前市面上的大多數(shù)AMC卡都可在公共區(qū)域支持千兆以太網(wǎng)協(xié)議和/或在粗管道區(qū)支持PCI Express協(xié)議, 這對開發(fā)首款帶有MCH(AMC.2 type E和AMC.1 type 4)的背板有決定性的影響。因為根據(jù)MicroTCA規(guī)范，系統(tǒng)可以支持多達12個AMC卡，所以機箱也應(yīng)該滿足這個要求。此外，它還必須支持SAS/SATA AMC卡，從而在缺少現(xiàn)有MCH的情況下分別支持SAS/SATA交換功能。最大電源消耗、19英寸機架尺寸以及散熱所需的氣流等都是在機箱設(shè)計中需進一步考慮的因素。
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| 圖2：帶有兩個獨立系統(tǒng)的MicroTCA系統(tǒng) |
由于冗余方案總是會變化，而且用戶需求要求設(shè)計工程師必須實現(xiàn)MicroTCA系統(tǒng)的復用，所以最終決定是設(shè)計一個立方體的機箱，將兩個電氣特性彼此獨立的立方體機箱組合在一個標準的19英寸機架式機箱內(nèi)。
我們根據(jù)以前設(shè)計ATCA系統(tǒng)的經(jīng)驗，設(shè)計了一個散熱功能優(yōu)化的MicroTCA機箱，它的技術(shù)要求有：支持多達12個AMC卡；支持半高單寬、全高單寬以及全高雙寬規(guī)格的AMC卡；支持1個MCH(AMC.2 E2和/或AMC.1 type 4)支持2個PM(每個300W)；支持SATA(點對點、端口對端口映射)(AMC.3)；帶有1個或2個風扇單元；支持JTAG；將兩個機箱組合在19英寸機架上；高度<7U；散熱設(shè)計適用于多種背板(MCH、電源模塊的定位，每個槽的功率為40W)。
在設(shè)計的早期階段，來自不同公司的結(jié)構(gòu)和背板設(shè)計工程師、應(yīng)用工程師、通風專家等一起攜手工作，發(fā)現(xiàn)大部分ATCA上的設(shè)計經(jīng)驗在此無法繼續(xù)沿用。因此，為實現(xiàn)設(shè)計目標，必須探索一些全新的方法，其中板卡定位、背板布線和散熱是重點。
本文小結(jié)
最新的AMC規(guī)范修正版(AMC.0、AMC.2)將再次影響MicroTCA系統(tǒng)的通風設(shè)計(尤其是對中等尺寸規(guī)格的系統(tǒng)來說)，而背板也需作適當更改，以滿足MicroTCA連接器的空間要求。這種新的AMC規(guī)格還將改變AMC卡的機械結(jié)構(gòu)。
千兆以太網(wǎng)通道的最新端口映射(粗管道區(qū)域，從端口4-7到端口8-11)同樣使基于不同協(xié)議的各種背板成為必需。MicroTCA并不是僅僅是小型化的ATCA。MCH模塊具有680個引腳和很多高級的特性，并且還將首次提供帶有智能平臺管理接口(IPMI)的電源模塊。除了板卡的實際功能外，IPMI及不同版本之間的互操作性還需做出更多改進，這樣，MicroTCA組件才可以稱得上真正“即插即用”。防震動和沖擊的要求也將改變連接器(MicroTCA、MCH plug)的設(shè)計。此外，還必須盡早研究萬兆以太網(wǎng)和XAUI協(xié)議，這些高速協(xié)議使得設(shè)計背板和連接器要花費更多精力，這也將再次影響各種AMC組件的構(gòu)建。
不過，所有這些都是任何新生技術(shù)通常會碰到的暫時困難，最終會將找到解決方法的。事實將證明，MicroTCA是同時適用于專業(yè)服務(wù)器和電信應(yīng)用領(lǐng)域的一種技術(shù)。許多非電信領(lǐng)域的用戶已經(jīng)在等待將已有的經(jīng)驗盡快應(yīng)用到他們自己的領(lǐng)域中，以便從MicroTCA架構(gòu)中受益。