PICMG 3.X 標準及Switch Ethernet背板架構

解利偉 2002/07/12

PICMG 3.X 標準

PICMG是CompactPCI的升級標準，但是與CompactPCI有很大的不同，CompactPCI是共享式總線結構，而PICMG提供了交換式連接，每個點到點的連接能達到10Gbps的帶寬。圖1所示為幾種技術的互聯(lián)帶寬比較。PICMG標準的提出主要是針對電信行業(yè)方面的應用，因此在供電方面采用了電信界的雙-48V電源標準，而非CompactPCI的ATX電源標準。因此，PICMG標準與CompactPCI在很大程度上不兼容。

PICMG3.X的特點

PICMG 3.X主要的目標是定義新一代高端通信設備的系統(tǒng)結構。這一族規(guī)范定義了足夠充分的信息，如電路板尺寸、設備操作方式、連接器、電源功耗的分布以及獨立于交換網絡的系統(tǒng)管理結構，以確保不同的主板、背板和機架廠商可以獨立地開發(fā)可互操作的產品。當被集成到一個系統(tǒng)中時，這些產品可以有效地協(xié)調工作。

1．PICMG 3.0：這是一個概括式規(guī)范，主要定義機械特性、電路板尺寸、電源功耗的分布、電源和數(shù)據(jù)的連接方式以及系統(tǒng)管理。

2．PICMG 3.1：基于通用背板的互連交換網，這個規(guī)范定義了以太網的交換結構，可保證每個點到點的連接都有10Gbps的帶寬。

3．PICMG 3.2：定義在PICMG結構下的InfiniBand系統(tǒng)構造方法，并且描述了物理層的連接，協(xié)議及協(xié)議的映射等。

4．PICMG 3.3：基于通用背板的互連交換網，這個規(guī)范定義了StarFabric的實現(xiàn)方法，從而可以提供TDM、Cell、控制和包連接等服務。

與Compact PCI非常不同，PICMG 3.X從一開始就是面向每年1000億美元的電信市場。由于具有極強的通信性能、可靠性和電氣指標，軍事也將成為PICMG 3.X的一個潛在應用。此外，PICMG 3.X仍可用在傳統(tǒng)的服務器集群等方面。

PICMG3.X描述

1.單個系統(tǒng)主板為 322.25mm(8U）×280mm，面積為140平方英寸（Compact PCI主板面積為54平方英寸）。在歷經了長時間6U和9U的爭論之后，這個結論充分考慮了冷卻、前端面板空間、背板尺寸和后端面板的要求。

2.各個主板間距為 1.2英寸，而Compact PCI只有0.8英寸，這是充分考慮了下一代CPU散熱、升級內存模塊及高能量DC-DC轉換器的需求。

3.一個標準的19英寸機架可以容納12個主板;一個標準42U高的機柜可以容納三個這樣的機架及相應的散熱風扇等設備。

4.PICMG 3.X理論上允許每個系統(tǒng)主板產生高達200瓦的熱量。這意味著每個機架允許產生3千瓦的熱量，一個42U的機柜允許產生10千瓦的熱量。實際上，在沒有特殊散熱設計的情況下，每個主板可以允許產生150瓦的熱量。

5.機柜的輸入采用雙-48V DC電源。在經過相應處理之后，再配送給各個機架。每個主板通過DC-DC轉換器將電壓變換后使用。

PICMG 3.0標準大約于2002年8月完成。之后，PICMG 3.1會很快完成�；萜蘸虸BM都計劃在2003年年初采用PICMG的新標準。

交換式以太網背板架構

“共享”和“交換”是一個在IT業(yè)長期爭論不休的話題，它們處在同一個事物的兩個極端，常常是相互沖突的。在計算機行業(yè)，多數(shù)使用的是共享總線，典型的就是前面所說的PCI總線。在PCI總線上，多個PCI設備共享一個PCI通道的帶寬，主設備輪流控制PCI總線，當一個PCI設備占據(jù)PCI總線時，它就成為PCI的主設備，其他PCI設備就只能充當從器件，不能同時有兩個以上的設備成為主設備。而交換是典型的并行結構，多用在通信行業(yè)，如矩陣式的交換機，在兩個端口交換信息的同時，不會影響到其他端口的工作，也就是說，各個端口的交換是同時的。顯然，從通信效率來看，交換結構要比共享結構好得多;總線結構的好處則是相對簡單，比較容易實現(xiàn)。

為解決共享式背板的問題，新型的服務器背板采用了交換式背板（Switch Backplane）技術，其中很有代表性的一種采取了矩陣交換（Crossbar Switch）技術，它可最大限度地保證端口之間的并行數(shù)據(jù)交換。同時，這種交換機一般會有一條專用的控制總線，用于交換機內部的管理以減小對背板的打擾，背板的數(shù)據(jù)交換功能由一種叫交換引擎的板卡提供，總體來說背板的能力隨著交換引擎數(shù)量的增多而提高，每塊接口卡與多個交換引擎同時連接，這種結構在正常情況下提高了接口卡的數(shù)據(jù)吞吐量，當一個交換引擎發(fā)生故障時，可提供備份。

交換式以太網技術的優(yōu)點

第一，交換式以太網連接簡單，不需要改變網絡的其他硬件，如電纜和用戶的網卡等，只要用以太網交換機替換共享式的Hub，就可以節(jié)省用戶網絡升級的費用，還可實現(xiàn)高速與低速網絡間的轉換，完成不同網絡之間的協(xié)同。目前大多數(shù)交換式以太網都具有100Mbps的端口，通過與之相對應的100Mbps網卡接入到服務器上，暫時解決了10Mbps的瓶頸，成為網絡局域網升級時的首選方案。

第二，交換式以太網可以同時提供多個通道，比傳統(tǒng)的共享式集線器提供更高的帶寬。傳統(tǒng)的共享式10/100Mbps以太網采用廣播式通信方式，每次只能在一對用戶間進行通信，如果發(fā)生碰撞還得重新鏈接，而交換式以太網允許不同用戶間進行傳送，比如，一個16端口的以太網交換機允許16個站點在8條鏈路間通信。

交換式以太網的背板架構

目前，千兆以太網的交換機技術已日漸成熟，萬兆位的以太網交換技術也開始嶄露頭角。將千兆/萬兆以太網的交換技術用在服務器的背板上，完全可以解決信息量帶寬擁擠的問題，加之沿用Compact PCI背板堅固的插槽架構、熱插拔的技術，相信交換式以太網技術在服務器的背板上一定會大有作為。

計算機世界報