CompactTCA et AdvancedTCA s`ajoutent au CompactPCI

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INFORMATIQUE INDUSTRIELLE
CompactTCA
et AdvancedTCA
s’ajoutent
au CompactPCI
▼
Vivement soutenues par les équipementiers télécoms, de nouvelles spécifications
voient le jour au sein du PICMG (PCI Industrial Computer Group) pour compléter
le CompactPCI et répondre à de nouveaux besoins. Nous ne pouvions faire l’économie d’un article pour aborder ces technologies, qui se destinent avant tout aux
télécommunications. Sait-on jamais, elles trouveront peut être leurs applications
dans l’industrie…
S
ous l’impulsion du marché des télécommunications, le standard de
cartes informatiques industrielles
CompactPCI est aujourd’hui très largement adopté par les constructeurs d’infrastructures de communications et de calcul
industriel.Apparu au début des années 90, il
a apporté une standardisation appréciée dans
le domaine grâce à l’utilisation d’un format
mécanique industriel standard (3U et 6U)
associée à la présence du bus PCI en fond de
panier. Aujourd’hui, à l’heure de l’Internet
haut débit (avec l’ADSL notamment), le bus
PCI atteint ses limites en terme de bande passante pour la mise en œuvre de systèmes de
communications (routeurs IP, commutateurs
téléphoniques…). C’est pourquoi, ces dernières années, les fabricants d’équipement
télécoms au sein du PICMG ont poussé pour
définir de nouveaux standards adaptés à leurs
besoins.
La première initiative dans ce sens qui a vu le
jour au sein du PICMG, est la définition d’une
toute nouvelle plate-forme électromécanique.
Celle ci a été couronnée en décembre 2002
par la ratification de la spécification PICMG
3.0. Il s’agit là du tout nouveau standard
dédié aux futurs besoins d’équipements téléMESURES 758 - OCTOBRE 2003
coms baptisé AdvancedTCA (pour Advanced
Telecom Computer Architecture). Celui-ci
devrait permettre une grande densité d’intégration et fournir un espace suffisant pour
les modules additionnels d’entrées/sorties.
Le format des cartes a en effet été fixé à 8U
pour la hauteur! La largeur des cartes est de
280 mm : on arrive à une surface utile de
900 cm2qu’il faut comparer au 375 cm2 des
cartes traditionnelles CompactPCI.
Ce nouveau standard tourne le dos au bus
PCI parallèle et opte pour un fond de panier
à architecture commutée, avec comme interconnexion de base un réseau Ethernet Gigabit. Elle peut être complétée d’un second
plan de connecteurs, avec au choix un
réseau Gigabit Ethernet (PICMG 3.1), un
réseau StarFabric de l’Américain StarGen
(PICMG 3.3), InfiniBand (PICMG 3.2) ou
PCI Express (PICMG 3.4). Les premiers produits commencent à être disponibles chez
Force Computers ou chez Motorola Computer Group
notamment.
Puissance de calcul maximale
avec AdvancedTCA
Les spécifications AdvancedTCA, compilées
pour l’essentiel dans le document PICMG
La première carte AdvancedTCA disponible
commercialement est conforme aux spécifications PICMG 3.1.Elle dispose de la technologie Gigabit Ethernet pour la commutation en
fond de panier et intègre un processeur Mobile
Intel Pentium 4-M à 1,8 GHz.
3.0, devraient permettre de mettre au point
des systèmes d’une toute autre génération.
De par leur format, les cartes ATCA vont pouvoir disposer des processeurs et des chipset
les plus puissants sans contraintes d’échauffement, de dissipation, de consommation et
de place. Ce format autorise des consommations moyennes par carte de l’ordre de
150 W à comparer aux
50 W d’une carte cPCI.
L’essentiel
L’espacement entre les
l’origine du standard
cartes ATCA est fixée à A
compactPCI, le PCI Indus30,48 mm, soit 10 mm
trial Computer Group défide plus que celui entre
nit de nouvelles spécifications électromécaniques
les cartes cPCI, ce qui
pour la réalisation de calcurend possible une haute
lateurs informatiques
densité d’intégration. A
industriels
titre d’exemple, la face Ces architectures optent
avant d’une carte ATCA
pour l’élimination du bus
PCI en fond de panier au
peut recevoir jusqu’à
profit d’une intercon4 cartes mezzanine PMC.
nexion commutée de type
La face arrière du fond de
Ethernet et autre
panier ATCA comporte L’AdvancedTCA est un tout
trois zones bien définies
nouveau format de cartes
qui rompt définitivement
que l’on nomme zone 1,
avec le CompactPCI
zone 2, zone 3. Com Le CompactTCA est un promençons par la zone 2
longement du CompactPCI
qui occupe le centre de
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la carte et qui constitue le fond de panier
➔ www.picmg.org
proprement dit. Cette
zone est elle-même
➔ www.AdvancedTCA.org
divisée en deux plans,
➔ www.forcecomputers.com
baptisés plan de
➔ mcg.motorola.com
contrôle (Control Plane) et plan de données (Data Plane). Le plan
de contrôle est censé véhiculer les signaux de
contrôle. Il constitue ce qu’on appelle l’interconnexion de base, implémenté par un
réseau gigabit Ethernet. Les connecteurs utilisés sont des connecteurs ZD à paires différentielles disponibles auprès de Erni et Tyco.
Un lien est matérialisé par 4 paires de fil dans
un sens et 4 paires de fil dans l’autre pour
une technologie en full duplex. Sur une paire, on obtient des débits de 2,5 Gbit/s. Sur
un lien constitué de 4 paires, on arrive à des
débits de 10 Gbit/s.
Le plan de données a pour vocation la commutation des canaux de données (communication téléphoniques, paquets IP…). La spécification complémentaire définit la
technologie de commutation utilisée :
PICMG 3.1 pour Ethernet Gigabit,
PICMG 3.2 pour Infiniband, PICMG 3.3
pour Star Fabric.Actuellement, les seuls produits disponibles mettent en œuvre la technologie Gigabit Ethernet. Que ce soit sur le
plan de contrôle ou sur le plan de données,
les topologies réalisées peuvent être de type
simple étoile (star), double étoile (dual star)
ou maillage complet (full mesh). Cette dernière établit un maillage point à point entre
chaque carte du système. On parle égalePour en savoir plus
Comparaison rapide
Dimensions :
6 U X 160 mm
Espacement :
20,32 cm
Surface :
368 cm2
Consommation : 50 W
ment de topologie matricielle. Les cartes
accueillant les switchs sont souvent logées
au centre du châssis. Elles réalisent à la fois la
commutation pour le plan de contrôle que
pour le plan de données. Les switchs sont
redondés pour établir des topologies double
étoile. Si la topologie est en double étoile à
la fois sur le plan de contrôle et le plan de
données, la spécification évoque le terme
“dual dual star”.
La zone 1 situé en bas du fond de panier est
destinée à la connexion de la carte à l’alimentation et au bus de gestion système I2C.
Ce bus permet de remonter des informations sur l’état hardware du système (tensions d’alimentation des cartes, températures
des processeurs, vitesses de rotation des ventilateurs…) vers un contrôleur de gestion
Dimensions du format AdvancedTCA
25 mm
25 mm
600 mm
385 mm
25 mm
zone 3
Jusqu'à 4 cartes
mezzanines au
format PMC
zone 2
Taille de la carte : 8U
(322,25 mm x 280 mm)
zone 1
322,25 mm
Porte d'accès en face avant
Câblage
optique/
Air plenum
5 mm
70 mm
280 mm
Panneau
d'interconnexion
des entrées/
sorties en
face arrière
Module
d'entrées/
sorties
en face arrière
(optionnel)
75 mm
Câblage
filaire/
Air plenum
Porte d'accès en face arrière
5 mm
90 mm
8 U X 280 mm
30,48 cm
903 cm2
150 W
système appelé Shelf Management Controller (ShMC) grâce au protocole spécifique
IPMI (Intelligent Peripheral Management
Interface). Ce protocole fonctionne avec un
modèle maître/esclave, le maître étant le
ShMC. Le rôle de celui-ci est de transmettre
ces informations très souvent sous forme
d’alarmes vers l’extérieur de la baie et vers le
poste de supervision grâce notamment au
mécanisme SNMP (Simple Network Management Protocole).
L’alimentation des cartes est uniquement
possible en courant continu de -60 à -40Vcc,
la valeur la plus communément adopté étant
-48Vcc. « Les niveaux de tension continue indiquent bien
le fait que cette technologie se destine aux télécommunications », affirme Jean-François Tessier, responsable marketing chez Force Computers France. La connexion de la carte à l’alimentation
est redondante tout comme celle au bus I2C.
Les connecteurs de cette zone sont disponibles auprès de la société Positronic Industries.
La zone 3 est destinée à la jonction, par l’arrière, d’un module d’entrée/sortie directement sur la carte ATCA sans connexion à un
fond de panier. Ces modules d’entrées/sorties sont aussi appelées Rear Transition Board.
Leurs dimensions mécaniques sont parfaitement définies : ils mesurent 8U de hauteur sur environ 70 mm de largeur. Ni les
connecteurs, ni l’interface électrique de cette zone ne sont définies dans la spécification, afin de laisser libre choix aux constructeurs.
Par ailleurs, un châssis AdvancedTCA mesure 12U de hauteur et accueille 14 ou
16 cartes 8U.
CompactTCA pour un premier
déploiement
Parallèlement, en janvier 2003, une autre
initiative a vu le jour au sein du PICMG basé
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MESURES 758 - OCTOBRE 2003
Solutions
sur la première spécification à architecture
commutée définie par ce comité : la spécification PICMG 2.16 pour le CompactPCI. Ce
document adopté en octobre 2001 et dont
les produits sont déjà disponibles établit un
réseau Ethernet commuté dans un fond de
panier CompactPCI (voir Mesures de
mai 2002). Cette norme a historiquement
été la première à éliminer le bus PCI d’un
système CompactPCI. Elle prévoit l’utilisation de châssis 19 pouces 21 emplacements.
La topologie du fond de panier est en
double-étoile car chaque carte cPCI est reliée
physiquement aux deux cartes de commutation situées dans les slots 20 et 21. Cette
matrice est située sur le plan J3 des connecteurs cPCI. En fait, à l’instar de l’AdvancedTCA, la spécification 2.16 est le point de départ
d’une suite de travaux qui a pour but de définir des interconnexions supplémentaires de
différents types sur le connecteur J4, en complément de la commutation Ethernet de base
sur le connecteur J3.Ainsi, la spécification 2.5
prévoit l’utilisation du bus de téléphonie
H.110 TDM. La spécification 2.17 introduit
un réseau commuté basé sur la technologie
StarFabric. La spécification 2.18 prescrit l’utilisation de la technologie Serial RapidIO. Enfin,
la spécification 2.20 porte sur un réseau maillé
haut débit baptisé Serial Mesh introduit par
Motorola. Cet ensemble de spécifications
optionnelles devenant compliqué à suivre,
un groupe de sociétés parmi lesquelles Force
Computers,Motorola Computer Group,PerformanceTechnologies,Pigeon Point et Stargen se sont unies pour
lancer l’initiative CompactTCA au sein du
PICMG. Ce nouveau standard pose la spécification 2.16 comme principe d’interconnexion de base pour les futures cartes CompactTCA et y ajoute une série de spécifications
pour former un ensemble de documents
désormais non optionnels.
L’idée sous-jacente à CompactTCA est d’em-
Résumé des principaux travaux du PICMG
Standard
Nom de la spécification
État des travaux
CompactTCA
PICMG 2.16 Ethernet
PICMG 2.17 StarFabric
PICMG 2.18 Serial RapidIO
PICMG 2.20 Serial Mesh
PICMG 2.5 H110
Adopté en octobre 2001. Produits disponibles.
En cours d’élaboration.
En cours d’élaboration.
En cours d’élaboration.
Adopté depuis 2 ans.
AdvancedTCA
PICMG 3.0
PICMG 3.1 Gigabit Ethernet
PICMG 3.2 InfiniBand
PICMG 3.3 Star Fabric
Adopté en décembre 2002.
Adopté depuis juillet 2003. Premiers produits disponibles.
En cours d’élaboration.
En cours d’élaboration.
ployer tout ce qui se fait avec AdvancedTCA
au niveau de la gestion système et du fond de
panier dans un format CompactPCI. Les
dimensions mécaniques de CompactTCA
sont d’ailleurs strictement les mêmes que
celles du CompactPCI : les cartes mesurent
6U de hauteur pour 160 mm de largeur.
La similarité des deux technologies se traduit
au premier abord par les fonds de panier dont
les principes se ressemblent.Un fond de panier
cPCI comporte 5 zones bien définies baptisé
J1, J2, J3, J4 et J5. La spécification 2.16 qui
constitue la base de CompactTCA élimine le
bus PCI au profit d’un réseau Ethernet commuté sur le connecteur J3.Sur le connecteur J4
on rencontre les mêmes technologies de
réseau que pour ATCA à savoir Ethernet, Star
Fabric, RapidIO… On retrouve donc la dualité plan de données/plan de contrôle définie
dans l’AdvancedTCA. La technologie Ethernet
à 100 Mbit/s est possible tandis que c’est uniquement le Gigabit Ethernet pour ATCA.
On retrouve également le même concept de
gestion système basé sur le protocole IPMI
et le bus I2C. Celui-ci est défini dans la spécification PICMG 2.9, qui fait partie de l’en-
Le bus VME est toujours devant…
Le standard CompactPCI a souvent été
présenté comme étant le successeur
du VME. On avait déjà annoncé, il y a
quelques années, qu’il ne survivrait
pas à l’élaboration du standard Futurbus qui semblait faire l’unanimité.
C’est l’inverse qui s’est produit. Avec le
CompactPCI, la concurrence s’annonce plus sérieuse. Certes, le cPCI a eu du
mal à démarrer mais il est maintenant
bien parti. Et le VME fait mieux que
résister comme le montre une étude
récente du cabinet d’études américain
MESURES 758 - OCTOBRE 2003
VDC. Selon cette analyse, le marché
mondial des cartes VME représenterait
490,1 millions de dollars en 2002
contre 331,1 millions de dollars pour
les cartes au format cPCI. Selon des
estimations, en 2007, le marché du
VME représentera encore 377,8 millions de dollars contre 333,7 millions
de dollars pour le CompactPCI. Le
communiqué précise que l’architecture VME est susceptible d’évoluer encore, ce qui pourrait redynamiser ce
standard.
semble CompactTCA. Le bus système I2C se
connecte d’ailleurs dans les zones J1 et J2.
On retrouve enfin l’insertion/extraction à
chaud des cartes possible également en ATCA.
On peut se poser la question de la raison
d’être de CompactTCA, qui peut apparaître
comme étant une technologie redondante
avec AdvancedTCA. Les arguments avancés
par le groupe pour un telle initiative sont
plutôt en faveur de la complémentarité : les
deux architectures CompactTCA et AdvancedTCA étant similaires au niveau de leur
interconnexion et de leur système de gestion, elles sont globalement compatibles au
niveau logiciel. Par ailleurs, la rupture d’AdvancedTCA avec le cPCI est abrupte. CompactTCA permet de réduire la fracture entre
les deux. Ce nouveau standard peut par
exemple être utilisé pour un premier déploiement et puis céder la place à AdvancedTCA
pour plus de puissance de calcul.
« Les deux standards ne visent pas les mêmes applications
en terme de besoins en flux de données.CompactTCA se
destine aux premiers étages d’un réseau de communication
tandis qu’ATCA,avec ses impressionnantes possibilités de
calcul et de flux de données,se destine au cœur du réseau.
La similarité des technologies et leur compatibilité peut permettre à l’intégrateur de réaliser un effet de gamme tout
en préservant son investissement logiciel », explique
Pierre Duval, responsable technique chez
Motorola Computers Group.
Toutefois, à l’heure actuelle même s’il existe des produits conformes à PICMG 2.16,
CompactTCA est encore en cours de spécifications et n’est pas opérationnel.
Pour M. Duval, « ces technologies peuvent concerner,
hormis les réseau télécoms, toutes les applications gourmandes en flux de données comme l’acquisition de données à hauts débits,“le streaming”vidéo,l’imagerie haute définition… »
Bertrand Braux
Cet article a été réalisé sur la base de documents fournis
par les sociétés Force Computers et Motorola Computer
Group.
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