Аппаратные средства CompactPCI производства ADLINK Technology. Часть 2

Введение.
Архитектура 6U CompactPCI через призму cпецификации PICMG 2.16

Упомянутую в заголовке раздела спецификацию поддерживает подавляющее большинство перечисленных в данном обзоре процессорных модулей. Стандарт PICMG 2.16 был принят ещё в 2001 году как расширение семейства спецификаций PICMG 2.X и обозначил переломный и революционный подход к оптимизации процесса обмена данными. Он определяет дополнительную архитектуру, реализованную «поверх» параллельной шины PCI. За основу был взят принцип пакетного обмена данными. Проще говоря, стала возможна реализация встроенной системной локальной сети (Embedded System Area Network) наряду с шинной топологией PCI внутри вычислительного блока.

Зачем это было сделано? Во-первых, мы уже упоминали об относительно небольших по современным понятиям значениях пропускной способности и производительности систем, базирующихся на параллельных интерфейсах. Во-вторых, комплексы, решающие высокоответственные задачи, должны обладать высокой работоспособнос­тью. За этим понятием стоит ряд критериев, основными из которых являются отсутствие единой точки отказа и высокая ремонтопригодность системы, а также детектирование сбоев и самовосстановление системы после таковых. Соответственно, немаловажен и вопрос резервирования всех компонентов системы. На пути оптимизации аппаратных комплексов с учетом всё возрастающих требований заказчиков выбор компаний-разработчиков консорциума PICMG пал на мощь и гибкость Ethernet-архитектуры. Коммути­ру­емые сети за время существования за­рекомендовали себя:

• высокой пропускной способностью,

• широкими возможностями по резервированию сети и коммутаторов,

• открытостью и дешевизной решения,

• возможностью широкого выбора технологий и топологий.

Рассмотрим, как это работает. На рис. 8 можно видеть схему компактной объединительной панели с коммутацией пакетов (cPSB – Compact Packet-Switching Backplane). 

В терминологии стандарта слоты (модули) делятся на уз­ловые (Node) и коммутационные (Fab­­ric). Каждая из узловых плат со­еди­нена с коммутационной посредством связей (Links), образуя тем са­мым полнодуплексное соединение Ethernet 10/100/1000 Мбит/с с топологией «звезда» (рис. 9). Каждый из сегментов обслуживает одна плата Fabric.

Если задаться целью создания полностью дублированной системы, то это можно сделать, введя вторую плату Fabric и по одному дополнительному порту ввода-вывода на каждый узел. Схема такой полностью дублированной (дуальной) высоконадёжной сис­темы показана на рис. 10. Подобное решение можно использовать и для увеличения общей производительности комплекса.

Основные положения стандарта да­ют нам представление о вычислительной мощности соответствующих струк­­­тур. Одна объединительная па­нель сPSB поддерживает до 19 узловых слотов. Каждый из них может участвовать в одном или двух сеансах связи со скоростью обмена 10/100/1000 Мбит/с. Таким образом, скорость обмена с каждым узловым слотом может достигать до 4 Гбит/с.

Слоты коммутаторов могут содержать стандартные или расширенные платы. Стандартный слот поддерживает от 1 до 19 связей, каждая в режиме до 1 Гбит/с. Рас­ши­ренный слот поддерживает от 20 до 24 связей, каждая в режи­ме до 1 Гбит/с. Соответственно, про­пускная способность каждого стандартного коммутационного слота может достигать 20 Гбит/с (40 Гбит/с в полнодуплексном режиме), а расширенного – до 25 Гбит/с (50 Гбит/с в полнодуплексном режиме). Допол­ни­тель­ный прирост пропускной способности обеспечивается связью плат Fabric между собой.

Сразу после своего выхода в свет данная технология встала на вооружение, например, такого маститого игрока рынка телекоммуникаций и ресурсоёмких вычислений, как Sun Micro­sys­­tems (ныне Oracle). Инженеры компании заложили её в основу очередного поколения высокопроизводительных компактных блейд-серверов.

После принятия спецификации прошёл уже добрый десяток лет, и компоненты для построения подобных систем теперь доступны на рынке широкому кругу пользователей. В этой связи стоит обратить внимание на продукцию компании ADLINK Tech­no­logy, прекрасно зарекомендовавшую себя как с точки зрения качества, так и в силу доступной цены.

6U CompactPCI платформы ADLINK

Перечень изделий, предлагаемых компанией ADLINK в рассматриваемом сегменте продукции, довольно широк. Он ранжируется с позиций поддержки платформой той или иной спецификации PICMG, по высоте (от 1U до 9U), занимаемой системой в стойке, по реализации систем питания, охлаждения, мониторинга. В данном обзоре рассмотрим несколько основных моделей платформ.

cPCIS-3300BLS (рис. 11) представляет из себя полнофункциональную основу для построения описанной ранее топологии cPSB. 

Объеди­ни­тель­ная плата выполнена в полном соответствии со спецификацией PICMG 2.16, имеются 12 узловых (Node) и 2 ком­мута­цион­ных (Fabric) слота (на рис. 11 обозначены жёлтым цве­­том). Вы­­со­ко­надёжное питание системы обеспечивается тремя резервируемыми блоками в формате еврокарты, работающими по схеме 2+1 (800 Вт + 400 Вт). Под­дер­живаемая спецификация PICMG 2.9 ре­ализует вспомогательную шину управления системой, обеспечивающую контроль плат и источников питания со стороны основного или подчинённого процессоров. Допол­ни­тель­ные возможности по удалённому мониторингу и управлению реализует опциональный модуль CMM (Chassis Mo­nitoring Module). За поддержание рабочей температуры отвечает высоконадёжная схема охлаждения, состоящая из пяти сменных вентиляторных модулей, каждый из которых в случае выхода из строя заменяется на новый. Коммутаторы в состав платформы не входят, их можно заказать отдельно. Компания ADLINK предлагает модель с 24 портами пропускной способнос­тью 1 Гбит каждый для построения пол­ностью резервированного комп­лекса.

cPCIS-3320 (рис. 12) – следующая интересная модель в перечне 6U CompactPCI-платформ. 

Её объединительная панель выполнена в соответствии со спецификацией PICMG 2.7, определяющей средства процессорных плат для управления двумя независимыми сегментами в рамках одного конструктива. Кросс-панель организована таким образом, что в конструктиве платформы могут быть размещены два процессорных модуля (на рис. 12 соответствующие слоты обозначены красным цветом), первый из которых имеет в подчинении 7 периферийных слотов пропускной способностью 64 бит/33 МГц, второй же обслуживает 4 слота, работающих в режиме 64 бит/66 МГц. Пи­тание обоих сегментов полностью резервировано и организовано на базе четырёх 3U-источников c возможнос­тью «горячей» замены по схеме 3+1 (750 Вт + 250 Вт). Сис­тема охлаждения не уступает своей надёжностью и выполнена, как и у предыдущей модели, из сменных модулей. Имеется возможность установки модуля мониторинга состояния. В верхней части конструктива платформы расположились два отсека для монтажа дополнительной дисковой подсистемы, а его тыльная сторона свободна для установки модулей RTM (Rear Tran­sition Modu­les), на которые дополнительно выведены всевозможные периферийные интерфейсы.

cPCIS-6400U (рис. 13) – 4U-система. 

Помимо процессорного модуля на её объединительной плате разведены пять периферийных слотов. Резер­виро­ван­ное питание системы обеспечивают три источника по 250 Вт. Ввиду меньших размеров конструктива данной платформы её система охлаждения более простая по сравнению с ранее описанными моделями; тем не менее, доступ ко всем вентиляторам остаётся снаружи, облегчая их обслуживание в случае неполадок. На объединительной панели, впрочем, как и у остальных младших моделей, реализована поддержка спецификации PICMG 2.5, небезынтересной для работников свя­зи и телекоммуникаций. Крае­уголь­ный камень этой спецификации – шина H.110 CT, обеспечивающая со­вместимость аппаратных средств телефонии с вычислительной подсистемой на базе CompactPCI. Верхнюю часть конструктива платформы занимают оптический привод и две корзины для обеспечения «горячей» замены дисковой подсистемы.

Большинство других платформ ADLINK для 6U CompactPCI отлича­ет­­ся от описанных моделей меньшей высотой, занимаемой в стойке, и иным (как правило, меньшим) количеством слотов, доступных к использованию. Из соображения экономии в некоторых моделях отсутствуют возможности монтажа резервированной системы питания и дополнительной дисковой подсистемы.

Основные технические характеристики платформ ADLINK для систем 6U Com­pactPCI приведены в табл. 6.

Процессорные платы ADLINK 6U CompactPCI

Выбор в этом сегменте продукции компании ADLINK довольно обширен. По основным типам изделий данный сегмент можно разделить на несколько частей: высокопроизводительные модули, к которым относятся cPCI-6920, cPCI-6510 и анонсированный на третий квартал текущего года модуль cPCI-6210; платы среднего уровня производительности, представленные моделями cPCI-6870 и cPCI-6880; плата cPCI-6965, находящаяся на начальном уровне производительности. Особняком стоят модули CT-61 и CT-60, представляющие особый интерес с точки зрения своих эксплуатационных характеристик. Для удобства ориентирования в модельном ряду все основные технические характеристики процессорных плат ADLINK формата 6U CompactPCI сведены в табл. 7.

В недавнем прошлом основной задачей инженеров-разработчиков было найти компромисс между приемлемым тепловым балансом платы на уровне 50–100 Вт и всё возрастающими требованиями к производительности, диктуемыми массовым рынком вычислительной техники. С выходом в свет новых чипсетов Intel для мобильных применений, созданных по производст­венной технологии 32 нм, ситуация переломилась в лучшую сторону. Так, максимальная тепловая рассеиваемая мощность чипа QM57, поддерживающего современные процессоры Intel® Core™ i7, составляет 3,5 Вт. Цифра прак­тически в 4 раза меньшая по срав­нению с предшественниками пятилетней давности. Как следствие, на сегодняшний день мы можем наблюдать естественную миграцию «топовых» моделей cPCI-6210 и cPCI-6510 (рис. 14) на современные производительные и энергоэффективные чипы. 

Тем не менее, со счетов не стоит списывать и отработанные решения на базе серверной системной логики Intel® 5100 MCH. Ярким примером может послужить плата cPCI-6920 (рис. 15), имеющая до двух четырёхъядерных Intel® Xeon со скоростью обмена на шине данных вплоть до 8,5 Гбайт/с.

Сегмент продукции среднего уровня производительности представлен дву­мя схожими платами, характеризующимися сбалансированным соотношением между производительностью и стоимостью системы. Эти модели, как и описанные ранее, поддерживают спецификации PICMG 2.9 и PICMG 2.16, являясь базовой единицей для построения дуальных систем cPSB, представленных в начале этой части обзора.

Логичным дополнением стандартной комплектации процессорных плат являются модули тыльного ввода-вывода (Rear Transition Modules – RTM). Для каждого «родительского» устройства существует перечень из нескольких совместимых с ним дочерних RTM-модулей. Их отличительная особенность – наличие тех или иных периферийных интерфейсов, отсутствующих на процессорном модуле ввиду высокой плотности монтажа компонентов. Таковыми являются сетевые Gigabit Ethernet, дисковые SCSI, SATA, SAS, CompactFlash, последовательные COM, USB, аудио/видео и т.п. Подробное описание каждого из RTM-модулей находится в документации на процессорную плату, так что выбрать подходящую комбинацию для любой задачи трудности не составит.

Другим неотъемлемым элементом систем CompactPCI, поддерживающих спецификацию вспомогательной ши­ны управления PICMG 2.9, является модуль мониторинга. ADLINK в этом качестве предлагает модуль CMM-1600. Он позволяет отображать и хранить характеристики состояния жизненно важных элементов системы (параметры функционирования систем вентиляции и показатели работоспособности источников питания) вкупе с возможностью её дистанционной перезагрузки. Доступ к работе с этим модулем организован на базе Web-интерфейса по сети.

Платы CT-60 и CT-61 (рис. 16) с установленными процессорами In­tel® Core™ i7/ 2 Duo при­ме­чательны своими эксплуатационными характеристиками: сочетанием диапазона рабочих температур –40…+85°C, гарантированной устойчивости к вибрации при среднеквадратической величине ускорения до 20g по всем осям и скромного энергопотребления ме­нее 40 Вт. 

Ос­но­ва­нием для получения таких температурных характеристик стал применяемый тип кондуктивного теплосъёма с процессорной платы. Мо­ду­ли CT-60 и CT-61 интересны, в первую очередь, для систем военного и промышленного назначения, требующих высокого быстродействия на фоне тяжёлых условий окружающей среды.

Резюме

Резюмируя, можно свести в единый список основные преимущества рассмотренных в данной статье платформ и процессорных плат компании ADLINK Tech­nology с точки зрения по­строения резервируемых систем на базе одного конструктива:

• отсутствие единой точки отказа системы;

• высокая ремонтопригодность;

• полное детектирование сбоев;

• самовосстановление системы после сбоя;

• наличие на рынке большого количества соответствующих плат для промышленной автоматизации, телекоммуникаций, военных применений. ● 

Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru