AdvancedTCA(ATCA)继续演变,不仅仅是对电信中央办公室的市场需求,但网络,数据中心,医疗和军事通信应用。ATCA供应商一直试图解决的两个主要目标是彼此冲突:在更少的空间内提供更多性能,同时满足每个行业的具体市场和合规性要求。

图1.打包更多打孔:一个6U AdvancedTCA货架,组合开关/架子管理器功能,以及40G背板,交流电源和完全冗余的FRU。
在ATCA的早期,该架构有一个可行的生态系统,用于中央办公应用程序,使用14个插槽的垂直12U-13U货架。对于中心局,机箱需要全冗余、FRU(现场可更换单元)、48V直流供电、每槽位从前到后200W的散热性能。因此,随着冷却需求的增加,许多12U的尺寸后来被放弃了。

不久之后,水平安装的底盘在4U-6U高度中进入市场,用于电信和网络应用,在5或6个插槽中使用背板。交流电源选项通常是这些应用程序的关键要求(因此4U等单元,空间限于AC电源,货架管理器等,也大大褪色)。但是,这些早期解决方案具有一方面冷却,有限于需要NEBS-Compliance的电信应用,并且实际上忽略了军事和粗鲁的应用等其他应用。此外,随着芯片的进步继续,提供商需要找到冷却,信号完整性和EMI的实际解决方案。此外,冷却需求已将每个机架的货架上的焦点改为整体性能密度。

性能密度

有两个主要推动性能密度。其中一个努力是增加信号速度。IEEE 802.3b / Ba子组合已经解决了10GBASEKR和KX4的单个车道(端口)将3.125 Gbps的四个通道(端口)连接到一个40 Gbps通道(40GBase-KR4)中。在40 Gbps速度下,架子上有显着的性能增益。此外,只需从双星到完全网格设计即可增加显着的带宽。在我们获得100G努力之前,肯定有机会在40克上融入全网格,以便更具性能提升。

图2。15Uhigh AdvancedTCA架子的CFD气流速度建模。红色和黄色区域显示气流的加速点,允许设计师根据需要修改底盘。
第二种方法是通过提高刀片水平的计算密度来提供更多使用底盘空间的更具性能。运营商级解决方案已经从12U到13U到13U,最多15U,用于当今ATCA板上350W +的额外冷却。此外,RTM部分可以在每槽中添加40-70W,以消散。但是,对于40G选项,带宽/性能密度从蝙蝠改进。随着推动40g,需要改变和辐射的EMI免疫力,对增加的冷却要求产生进一步的挑战。许多5U架子已移动到6U以增加冷却,还提供完全冗余的交流电源模块,货架管理器等。交流电源是在中央办公室外各种应用中使用灵活性的关键要求。它更有利于医疗,数据中心,网络和一些MIL / AERO应用程序(其中组合的AC / DC解决方案很有吸引力)。

除了信号速度,还有一种方法可以在水平的6槽机箱中增加50%的ATCA计算密度。通过将交换机fabric功能集成到冗余的机箱管理器中,可以保存ATCA机箱中通常为专用交换机fabric插槽的两个插槽。这两个额外的槽被用作标准负载(节点)槽,极大地提高了性能密度。因此,在6U机箱中不是只有4个有效载荷槽,而是有整整6个可用槽。

ATCA背板必须经过专门配置,以正确路由交换机/机箱信号,并机械集成到机箱中。机箱交换槽位可以是同一个模块上的1GBe base和10/40GBe fabric二层或三层管理交换机。对于许多数据中心和其他应用程序来说,前后冷却不是必需的。因此,冷却配置可以是侧对侧的。5U-6U的尺寸很有吸引力,可以降低供应商的间接成本。带有14个槽位的垂直ATCA机箱通常没有完全订阅,浪费了宝贵的机架空间并增加了成本。中等大小利用所有插槽,降低开销成本。如果一个6U机箱现在提供6个有效载荷槽,那么两个单元相当于一个14槽垂直机箱的计算密度(两个双星配置槽用于交换机和12有效载荷槽)。因此,包括更少的开销的好处,你有12有效载荷槽在两个6U单位(12U)相对12有效载荷槽在一个13U-15U高双星水平底盘。

图3.为了将AdvancedTCA系统冷却至400W /插槽,冷却解决方案正在获得更多创意,以及这种15U高版本的底盘高度。
图1所示为6u高的ATCA框,并置交换机/机箱管理器槽位。这种ATCA机箱可以配置所有fru的全高可用性(HA)冗余,包括电源模块、机箱管理器/电信告警、冷却单元和交换机。对于不需要交流电源的应用,该类型的机箱配置可以在5U高度下进行。当开发一个水平安装的外壳时,重要的是要把单元,如货架管理器,放在它们可以很容易地在前面,并放置在信号性能(信号跟踪长度等)和热管理的最佳位置。

虽然瞄准了绩效密度提高的目标,但重要的是,您不妨碍其他关键功能。例如,在尝试提供交流电源,冷却或货架管理器时,不应阻止后部IO访问。可以方便地提取的可拆卸空气过滤器和货架管理器等问题,无法忽视电缆管理挂钩/标签,甚至一种美学设计。

性能密度并不局限于水平安装的底盘,因为信号性能随着更先进的芯片(如在一个主板上使用双Intel Sandybridge芯片)的增加而提高,而且热积累是强烈的。当我们接近强制空气冷却、平衡空气、噪声限制、静压等物理障碍时,325W/前槽的需求并不少见。另外,在RTM区域增加80W/槽会加剧这个问题。在许多情况下,唯一可行的解决方案是增加底盘高度。图2显示了冷却400W/槽的15U AdvancedTCA(图3)的CFD热模型。图像显示了空气的速度(黄色和红色是较快的气流)。通过检查机箱中每个槽位的影响,设计师可以加入空气静压室,调整风扇等,以优化冷却。

答案比结合强大的鼓风机更多的答案 - 底盘解决方案还必须防止显着的静态压力积累并为一些空插槽提供定义的时间段。此外,增加的空气速度将增加声噪声。如果你让孔太大,你将违反屏蔽要求,如FCC级B。这是一个Catch-22。解决这个问题的一种方式是利用卡笼下方的空气“垫子”来消散排放,但在其金属设计中有足够的开口,以允许充分气流。因此,EMC遏制在卡笼内,而不是整个架子。较大的孔径空气进气孔提供足够的空气(不吹口哨),但尺寸为抗击其余的EMC辐射排放战斗。

达到更多市场/应用程序

AdvancedTCA在米尔/航空市场中的地面和较少严格的崎岖应用中越来越广泛地采用,包括移动通信车辆中的计算系统等。ATCA系统可以用冲击安装的架子部署。一种方便的军事和其他移动应用方式提供震动/振动保护以及易于运输的方式使用坚固的运输架。这些坚固的模压壳设计成与Milstd 810F和IP65相遇,在-40°F至+ 158°F的温度下稳定。

NEBS合规性

电信应用的关键问题是NEBS-Compliance的前后冷却要求。由于电路板为8U高,因此在12U以下充分冷却垂直安装的ATCA架是不实际的。(再次,大多数ATCA货架现在是13U-15U)。然而,14插槽和13U-15U的空间并不总是理想的,因为许多系统不需要超过6个有效载荷刀片。因此,为了在水平配置中提供前后冷却,独特的方法是可行的。通过在前面采用带有进气进气的后热提取器,空气在架子的侧面上行进,然后在刀片上方,在叶片上迫使将热量拉出到外壳的后部和外部​​的后部。热提取器需要仔细放置以优化性能。

前后冷却,6插槽,电信等级底盘也冷却325瓦+每个插槽,以便设备提供商可以将其解决方案从14个插槽移植到6个插槽。组合的货架管理器/开关卡解决方案也可以包含在该架子中。因此,可以维持甚至增加8U NEBS替换架中的性能密度,其具有前后冷却溶液。如前所述,通过获得两个有效载荷插槽来抵消底盘尺寸(5U / 6U至8U)的增加。此外,完整的网格40G背板提供了更具性能密度。

AdvancedTCA增长

随着该架构在新市场中增强其价值主张,AdvancedTCA预计将看到另一个增长井喷。ATCA已经被证明是可靠的,广泛使用,而且速度越来越快,性价比也越来越高。提高的硅性能、背板的速度和创造性的性能密度技术要求AdvancedTCA货架的电子封装解决方案发生转变。提供更多密度并利用性能趋势的解决方案应该会取得相当大的成功。随着强大的处理器增加对热量和功率的需求,将需要创造性的设计解决方案来应对这些挑战。

本文是由贾斯汀莫尔,美国市场开发,Pixus Technologies(萨克拉门托,加利福尼亚州)撰写的。有关更多信息,请联系MOLL先生此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。或者访问http://info.hotims.com/40436-402。


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本文首先出现在2012年8月期问题嵌入式技术杂志。

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