PICMG3.0规范---先进的通讯计算机架构（ATCA）123

作者：Jeff Munch   凌华科技

    2001年9月，PICMG(全球PCI工业计算机制造组织)成立了一个委员会起草满足高吞吐量、高可靠性的下一代计算机平台标准。该委员会由代表了工业和电信设备制造商及终端用户的105个公司组成，其目标是建立、修改并计划在2002年底发布新的规范。经过12个月的奋战，PICMG3.0规范---先进的通讯计算机构架（ATCA）如期发布。整个过程中，组织内的各个团队分别负责问题的不同方面，为最终达到一个实用的解决方案的期望而努力，其中的核心团队负责监控整个进程，发现并解决过程中出现的潜在的不兼容性和障碍。这个规范的发表无疑是工程界的快速有效合作的很好范例。PICMG3.0规范有460页长，整个制订过程花费5人年的会议和电话协商的时间。本文将对规范形成背后的动机作以阐述，同时对规范本身做一个全面的介绍.

PICMG 3.0的目标：
    PICMG标准化组织要求任何新规范的制订须以SOW（Statement of Work）的形式开始。SOW提供指导用以确保标准与原始目标吻合而不过分背离。PICMG 3.0的SOW是："PICMG3.0标准是为下一代融合通讯及数据网络应用提供一个高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件构架,同时以模块结构的形式呈现以支持符合现代传输需求的科技或应用。在核心标准中定义机械结构、散热管理、电源分配和系统管理。PICMG3.0规范的特色是专注于电信运营级需求"可靠性、可用性、适用性（RAS）"的应用，同时附带目的则为加速在高可靠度资料中心(HA Data Center)对此技术的采用.此规范的目标更清楚针对那些未能被现存CompactPCI 标准规范或专属架构满足的应用，PICMG 3.0及其辅助规范将带给这样的应用市场提供一个良好解决方案。"。事实上，大多数PICMG 3.0 委员会成员业已根生于CompactPCI生态环境，并正在探索新的平台用以承载下一代通讯和资料应用。其间大家曾尝试着对2.X标准的修改来满足电信市场的需求，但只取得了有限的效果，最终不得不承认原有的CompactPCI规范不能满足电信应用对单板空间、功耗、带宽、系统管理的要求，新的标准则应运而生。

一系列家族式的规范：
    PICMG 3.0规范的标题为先进的通讯计算机架构,简称ATCA,但这会带来一些混淆，因为 ATCA是指的一系列规范，PICMG 3.0只是其中一个。事实上PICMG 3.0 有别于其它PICMG 规范，它是由一个核心规范-- PICMG3.0和一系列辅助规范组成。ATCA家族中的核心规范定义了ATCA系列规范中的机构、电源、散热、互联、系统管理部分;辅助规范内容则定义了在核心规范中互联的传输方式。实质上，核心规范定义了板对板通讯的点对点联接，而辅助协议定义了这些点对点联接的协议、规范。现今，四个辅助协议已经被确认通过,它们是：3.1以太和光纤传输；3.2 InfiniBand 传输；3.3 星形传输；3.4 PCI Express传输。另一个辅助协议PICMG3.5---高级结构互联/串行高速I/O传输正在制订中。辅助协议的灵活性带来了易用性;ATCA产品的整合制造商将需要更多关注热门系统平台中板卡使用的辅助协议。一个使用PICMG3.1---以太和光纤传输的单板将不能和一个使用PICMG3.2---InfiniBand传输的单板在架构中进行通讯。

单板规格介绍：
    PICMG 3.0机构要求主要来自于对600mm ETSI 和19" EIA标准机柜空间使用的研究。PICMG3.0委员会在考虑单板尺寸能支持下一代元器件对物理和散热的需求的同时，机箱空间能和板子能达到最大限度的配合和利用。最初的工作是基于欧规卡的标准，继而又提升到支持低成本的片状金属架构(简单电讯封装)。对后走线模块的支持满足了对后I/O应用的需求。在决定可以使用的单板空间时，也充分考虑了前、后板的进深范围以供大量电缆束绑空间。经过对不同规格尺寸的单板的优点进行讨论之后，PICMG3.0组织统一规格如下：前板 8U x 280mm，进深1.2" pitch，选配后板8U x 70mm深。基于1.2" pitch，19" EIA机框可以支持14槽，而600mm ETSI的机框可以支持16槽。下图所示为600mm ETSI机架中的ACTA前后单板的侧视图：

电源介绍：
    PICMG 3.0 单板功耗最高200瓦，尽管就当今的硅技术而言，200W看上并不起眼，但是一框有16个200瓦单板的机框功耗就达到3200瓦，一个机架里如果有三框其功耗就达到了10K瓦。板子功耗高于200瓦，宽度就要翻倍,而这些板子就需要借助两槽宽度用于散热。当功耗是200W时，给单板引入直流低点压（3.3V，60A）变得不可行。标准的通讯设备是48V，200W时输出是4A。在多数电信环境，具备48VDC电源，因而不用提供电源框。在电源供给上引入双冗余电源用以消除电源供给异常所引发的单点故障。电源联接头的针脚包括用来确定PICMG3.0单板正确插入位置的调整针,以及电源管理针脚。

传输简介：
    PICMG3.0包含多种传输，这些传输模式如图由下而上依序提供系统管理层、控制层、资料层等的联接。系统管理是基于一条与各槽位都相连的I2C双串行信号线,系统管理信息则是基于IPMI规范被扩展到在PICMG3.0规范中使用。系统管理总线也是冗余方式确保在一条总线故障情况下，管理信息仍正常传递。在资料层旁边的控制层称作Base接口 (Base Interface)，Base接口是一个双星型的拓扑结构具有冗余的交换刀片和以太网BAST-T信号,在PICMG3.0中提供IP传输，这点在架构定义上非常像PICMG 2.16。PICMG 3.0单板的高速数据传输是通过Fabric接口(Fabric Interface)，Fabric接口是基于3.125Gbps SERDES信号，可以在星型和全网状结构中支持10Gb的传输速率。正如上面提到的，PICMG3.0核心规范定义了Fabric接口的信号和互联，而辅助规范定义了用于传输的协议。PICMG 3.0背板的互联支持全网状Fabric接口，双星型Base接口和冗余的系统管理，如下图所示：