MicroTCA

MicroTCA (förkortning för Micro Telecommunications Computing Architecture , även: μTCA ) är en modulär, öppen standard, skapad och underhållen av PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG). Den tillhandahåller de elektriska, mekaniska, termiska och hanteringsspecifikationerna för att skapa ett switchat tygdatorsystem, med hjälp av Advanced Mezzanine Cards (AMC), anslutna direkt till ett bakplan . MicroTCA är en ättling till AdvancedTCA- standarden.

Historia

Den snabba expansionen av mobil telekommunikation och tillhörande tjänster (som textmeddelanden) i början av millenniet ökade efterfrågan på processorkraft i telekommunikationssystem. Den befintliga "carrier grade" (se RAS ) datorarkitekturer passade inte för att hysa dåtidens högpresterande processorer. För att svara på dessa krav arbetade omkring 100 företag tillsammans i PICMG, vilket resulterade i Advanced Telecommunications Architecture (AdvancedTCA, ATCA), publicerad 2002.

Efter införandet av AdvancedTCA utvecklades en standard, för att tillgodose mindre telekommunikationssystem i kanten av nätverket. Denna standard var inriktad på ett mer kompakt, billigare system, utan att skära ner på tillförlitlighet eller datagenomströmning. Denna standard, kallad MicroTCA, ratificerades 2006.

MicroTCA-system migrerade efter att de släpptes till icke-telekommunikationssektorer, som försvar, flygelektronik och vetenskap. Detta resulterade i utökningar av basstandarden, kallade moduler.

Moduler

MicroTCA.0

Basspecifikationen för egenskaper som är gemensamma för alla andra moduler, ratificerad 6 juli 2006. Detta inkluderar:

• Mekaniska specifikationer, som möjliga mått på korthållare, bakplan och stödda AMC-moduler
• Elektriska specifikationer, som strömfördelning och gränssnittslayout
• Termiska specifikationer, som möjliga kyllayouter eller tillgänglig kyleffekt
• Management specifikationer

En andra revidering av basspecifikationerna ratificerades den 16 januari 2020, och innehåller några korrigeringar, såväl som ändringar, nödvändiga för att implementera Ethernet-tyger med högre hastighet, som 10GBASE -KR och 40GBASE-KR4 .

MicroTCA.1

Denna modul lägger till specifikationer för robusta system som använder forcerad luft för kylning. Möjliga scenarier för MicroTCA.1-baserade system inkluderar externa anläggningars telekom-, industri- och flygmiljöer

MicroTCA.2

Denna modul lägger till specifikationer för strängare krav med avseende på temperatur, stötar, vibrationer och andra miljöförhållanden. Dessa specifikationer är inriktade på användning inom extern anläggnings telekom-, maskin- och transportindustri, såväl som militär luftburen, ombord och markmobil utrustning. MicroTCA.2 tillåter användning av luft- och ledningskylda AMC-moduler.

MicroTCA.3

Denna modul lägger till specifikationer för ännu strängare krav med avseende på temperatur, stötar, vibrationer och andra miljöförhållanden. Dessa specifikationer är inriktade på användning inom extern anläggnings telekom-, maskin- och transportindustri, såväl som militär luftburen, ombord och markmobil utrustning. MicroTCA.3 kräver användning av ledningskylda AMC-moduler.

MicroTCA.4

Denna modul utökar AMC med en Rear Transition Module (RTM), vilket ökar PCB-utrymmet och modulariteten. AMC och RTM är anslutna med en kontakt, placerad i zon 3, definierad i MicroTCA.0. Dessa specifikationer är inriktade på användning i storskaliga vetenskapliga enheter, som partikelacceleratorer eller teleskop .

Komponenter i MicroTCA

Kortbur

Kortburen (även: hylla, låda) rymmer alla andra komponenter och har som sådan två primära funktioner:

• Ger mekanisk stabilitet till övriga komponenter
• Säkerställ tillräcklig kylning

Det finns ett brett utbud av kortburar. De skiljer sig vanligtvis i:

• vilken typ av moduler de stöder (MTCA.0, MTCA.1, ...)
• antalet platser de tillhandahåller (vanligtvis mellan 2 och 12)
• arkitekturen för det installerade bakplanet (se nedan)
• kylningsschemat de använder (dvs. luftflöde fram-till-bak, botten-to-topp, sida-till-sida, ledande,...)

Bakplan

Bakplanet är ett kretskort , monterat direkt i korthållaren. Den kopplar alla andra komponenter i ett MicroTCA-system till varandra och ger ström, dataåtkomst och hanteringsåtkomst till dem.

Två typer av ström fördelas över bakplanet, Management Power (+3,3 V) och nyttolastkraft (+12 V). Till skillnad från typiska bakplan, där ström distribueras till alla komponenter via ett gemensamt "powerplane" i kretskortet, på ett MicroTCA-bakplan, distribueras Management och Payload Power till varje komponent individuellt. Medan Management Power tillhandahålls till varje modul som är ansluten till ett strömförsörjt bakplan, måste nyttolastkraft ges av MicroTCA Carrier Hub (MCH), efter att ha säkerställt att modulen är MicroTCA-kompatibel.

Standarden definierar olika kommunikationsbussar, som bakplanet kan/bör tillhandahålla:

• Gigabit Ethernet
• IPMI
• SATA
• Fat pipe (kan användas för PCIe , SRIO eller 10G/40G Ethernet)
• Länkar från punkt till punkt
• Klockor
• JTAG

Kylenhet

Kylenheten (CU) tillhandahåller kontrollerat luftflöde i luftflödeskylda kortburar. Den består vanligtvis av en rad fläktar och en styrenhet, som är ansluten till bakplanet. MicroTCA Carrier Hub (MCH) kan läsa ut temperatursensorer (om sådana finns) och fläkthastighet, samt ändra fläkthastighet via IPMI. Kylenheten är vanligtvis monterad på en specifik korthållare. Vissa CU:er är lätta att ta bort (dvs. för rengöring eller utbyte), medan andra kortburar kommer med integrerade, icke-löstagbara CU:er.

Strömmodul

Strömmodulen (PM, även: Strömförsörjning) omvandlar växelströmmen från strömledningen till +3,3 V Management Power (MP) och +12 V nyttolasteffekt (PP), som båda är DC . Det finns en mängd olika kraftmoduler som skiljer sig åt i:

• formfaktor (dvs dubbel bredd, enkel bredd)
• ingångsspänning (110 V, 220 V, båda)
• uteffekt (dvs. 600 W, 1000 W)

Strömmodulen känner av närvaron av en modul i en kortplats via ett specificerat stift i modulkontakten och förser omedelbart modulen med ledningsström. Nyttolastkraften hanteras av MicroTCA Carrier Hub (MCH), som kommunicerar med strömmodulen via IPMI.

Strömmodulen använder sin egen typ av kontakt och kan därför endast installeras i avsedda platser, som i sin tur inte kan bära någon annan typ av modul. Vissa kortburar tillhandahåller en extra strömmodulplats för redundans. I ett sådant fall är en kortplats den primära, som kommer att tillhandahålla ström som standard, och den andra är sekundär och ger endast ström, om den primära inte gör det.

MicroTCA Carrier Hub

MicroTCA Carrier Hub (MCH) är den centrala hanteringsenheten i en MicroTCA-kortbur. Den hanterar kraftfördelning och kylning. Den tillhandahåller vanligtvis också Gigabit Ethernet och/eller PCIe/Serial RapidIO-switch. Vissa MCH:er tillhandahåller dessutom klockning. Som namnet indikerar är de navet i olika stjärntopologier (dvs. för Ethernet, PCIe) på bakplanet och kräver därför dedikerade kortplatser. Vissa bakplan stöder två MCH:er för redundans. I det här fallet finns det två MCH-luckor, där en betecknas som primär och en sekundär.

Avancerat mezzaninkort

Huvudartikel: Advanced Mezzanine Card

Advanced Mezzanine Card (AMC) är en standard för hot-plugable PCB. Det utvecklades ursprungligen för att användas i AdvancedTCA- system. Standarden specificerar:

• kretskortets dimensioner med två breddvarianter (enkel, dubbel) och tre höjdvarianter (kompakt, medelstor, full)
• typ, placering och orientering av kontakter (dvs zon 1, 2, 3)

Det finns en enorm variation av funktioner, en AMC kan uppfylla:

• Computing (dvs en modul med CPU, RAM, SSD och inbyggd grafik)
• Lagring (dvs SSD-bärare)
• Grafikkort
• FPGA- kort (dvs för signalbehandling)
• FMC- bärare
• Digitaliseringskort (analog-digital och digital-analog konvertering)
• Klockning och triggning
• och andra

Bakre övergångsmodul (endast MTCA.4)

Rear Transition Module (RTM) lades till i MicroTCA.4-standarden. Den är ansluten direkt till en AMC via en kontakt, placerad i zon 3, som kräver en dubbel bredd AMC och RTM. En RTM har ungefär samma dimensioner som en AMC, vilket i princip fördubblar det tillgängliga PCB-utrymmet per kortplats i en MTCA.4-korthållare. Dess kraft tillhandahålls av AMC. En RTM kan alltså inte fungera på egen hand, utan kräver en parad AMC.

Zon 3-kontakten är elektriskt fri konfigurerbar, vilket gör det möjligt att ett mekaniskt passande AMC-RTM-par är elektriskt inkompatibelt. För att undvika skador på grund av den inkompatibiliteten lades ett mekaniskt kodstift till MTCA.4-kompatibla AMC:er och RTM:er, vilket mekaniskt förhindrade installationen av en elektriskt inkompatibel RTM till en AMC.

Funktionaliteten hos RTM inkluderar, men är inte begränsad till:

• RF-signal för-/efterbehandling (dvs. filtrering, upp-/nedkonvertering, vektorde-/modulering)
• Digital signal för-/efterbehandling
• Klockgenerering/-distribution
• Enhetsgränssnitt
• Datumlagring
• CPU (endast MCH-RTM)

externa länkar

• MicroTCA.0 Standard Short Form
• Helmholtz Innovation Lab på DESY , centrerat kring MicroTCA: MicroTCA Technology Lab