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Serie Modulare Computersysteme, Teil 1/4

Vergleich der Architekturen

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So hat der Entwickler nicht nur eine Entscheidungshilfe bei der Auswahl von Backplanes, Modulen und Vernetzungstopologien, sondern kann sich auch aus einem breiten Pool von kompatiblen Komponenten bedienen. Auch VPX/openVPX-Systeme lassen sich per Distributed Switching als Mesh oder Ring ohne zusätzlichen Switch betreiben. Mit Switch sind Star- und Dual-Star-Topologien (in bestimmten Profilen auch Partial Mesh) verfügbar. Ein System-Management hierfür befindet sich derzeit als VITA 46.11-Standard in der Working Group Draft Phase und soll bald ratifiziert werden.

Die aus dem Telekommunikationsstandard AdvancedTCA hervorgegangene MicroTCA-Architektur (Bild 7) verfügt über viele Alleinstellungsmerkmale: Sie verfügt derzeit als einzige über ein langjährig bewährtes Managementprotokoll (IPMI), das elektronisches Keying, Hot-Swap und optional vollständige Redundanz ermöglicht. Die Frage nach der Erweiterung mit einem Switch ergibt sich hier nicht: MicroTCA-Systeme sind grundsätzlich mit mindestens einem MCH (Management Control Hub) ausgerüstet, der Management- und Switchfunktionalität zur Verfügung stellt. Wie bei den anderen Standards auch, sind verschiedene Backplane-Varianten möglich und es lassen sich unterschiedliche Topologien und Konfigurationen realisieren. Standardmäßig kann ein MicroTCA-System bis zu zwei MCHs und maximal zwölf AMC-Module aufnehmen.

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Stecker und Pins für schnelle Datenübertragung

Die kritischsten Bauteile für die Datenübertragung zwischen den einzelnen Modulen sind und bleiben die Steckverbinder zwischen Board und Backplane. Hier kommen für die serielle Hochgeschwindigkeitsübertragung neu entwickelte, hochwertige Stecker zum Einsatz. Auch wenn sich die unterschiedlichen Steckverbinder in ihrer Implementierung zum Teil deutlich unterscheiden, so erfüllen sie doch alle ihren Zweck: fehlerfreie Datenübertragung mit geringem Übersprechen über geschirmte, differenzielle Signalpaare, um Geschwindigkeiten von 6 GBit/s und darüber hinaus zu ermöglichen.

Damit werden die Anforderungen z.B. für PCI Express Gen3 (8 GBit/s), SATA3 (6 GBit/s) und SRIO II (6,25 GBit/s) von allen Stecksystemen problemlos erfüllt. Interessanter für den Anwender dürfte die Anzahl der User-Definable Pins sein und ob diese für die serielle Hochgeschwindigkeitsübertragung mit differenziellen Paaren geeignet sind.

Bei den Brückenlösungen CompactPCI PlusIO und VXS ist dies nicht der Fall. Hier stehen nur Low-Speed-Pins zur Verfügung: 105 Pins auf den CompactPCI-Peripheriekarten bzw. 110 Pins im VME64x-Bereich. Bessere Möglichkeiten schaffen hier die rein seriellen Lösungen. CompactPCI Serial bietet jeweils 112 differenzielle Paare und bei der 6U-Lösung noch einen zusätzlichen, kundenspezifischen Stecker für weitere Signale. Bei MicroTCA sind es 16 differenzielle Paare im Single-Formfaktor und bis zu 30 Paare auf dem Zusatzsteckverbinder im Double-Formfaktor. VPX/OpenVPX verfügt über bis zu 56 freie, differenzielle Paare bei 3U und 184 Paare bei 6U; die exakten Werte hängen vom jeweils gewählten Profil und den damit ungenutzten Pins ab.

Gehäusevarianten und Stromversorgungen

Alle Systemarchitekturen haben gemein, dass es sie nicht nur in der 19"-Version, sondern auch als besonders widerstandsfähige Rugged-Varianten und mit allen drei Kühloptionen (Konvektion/Konduktion/Flüssig) gibt (Bild 8 a,b,c). In VITA 48 für VPX/OpenVPX und MicroTCA.1-3 werden Kühlungskonzepte für die verschiedensten Anwendungen ausführlich spezifiziert. Alle Architekturen sind auf 12 V Versorgungsspannung ausgelegt, hinzu kommen noch systemspezifische Hilfsspannungen von 5 V für Standby bei CompactPCI Serial bzw. 3,3 V für die Management-Funktionen bei MicroTCA.

VPX/OpenVPX-Systeme können auch mit 5 oder 3,3 V (3U) versorgt werden. Die abwärtskompatiblen Systeme CompactPCI PlusIO und VXS benötigen zusätzlich noch -12; 5 und 3,3 V. Die vorgegebenen Leistungsbudgets liegen in der Größenordnung von bis zu 60 W für 3U und 120 W bei 6U bzw. bis zu 48 W bei Single und 80 W bei Double-Modulen.

Somit steht dem Einsatz von aktuellen Hochleistungs-Multicore-Prozessoren mit bekanntlich hohen Verlustleistungen nichts entgegen. Die dabei entstehenden Verlustleistungen zeigen aber auch, dass solche Hochgeschwindigkeitsarchitekturen ihre volle Performance in der Praxis nur durch ausgeklügelte Kühlkonzepte bei einer vorgeschalteten thermischen Simulation entfalten können.

* * Aksel Saltuklar... ist CTO und Leiter R&D bei ELMA Electronic in Pforzheim.

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