VPX

Для разработки надежных и мощных мобильных вычислительных систем, работающих в условиях воздействия вибраций, влаги, агрессивных сред и других внешних факторов, на смену стандарту VME в 2007 году пришел стандарт VPX, позволивший выстраивать более производительное взаимодействие между модулями при сохранении эксплуатационных возможностей предыдущего стандарта. В качестве технологий последовательной передачи могут применяться Serial RapidIO, PCI Express, 10 Gigabit Ethernet и др. Современный стандарт обеспечивает величину перекрестных помех менее 3 % при скоростях передачи данных до 6,25 Гбит/с на линию, а также реализует возможность применения модульной архитектуры при построении систем. Модульная архитектура позволяет производить ремонт простой заменой модуля «прямо на месте» (Hot Swap).

Что такое VPX?

VPX — это набор стандартов и спецификаций описывающих применение модульной архитектуры для построения систем. Базовые стандарты определяют основные конструктивные требования: ANSI/VITA 46.0 VPX: Base Specification (VITA 46.0) для корпусов и элементов системных платформ с воздушным охлаждением, ANSI/VITA 48.0 VPX REDI: Ruggedized Enhanced Design Implementation Mechanical Base Specification (VITA 48.0) для системных платформ с охлаждением на корпус. Данные стандарты предусматривают два форм-фактора системных платформ — VPX 3U и VPX 6U.

Одним из самых важных достоинств нового стандарта VPX является разработанный высокочастотный разъём MultiGig RT2, который реализован в виде контактных пластин (wafers) используемых не только для подачи питания, но и для дифференциальных или однополярных сигналов. Данный разъём обеспечивает дополнительную защиту от внешних воздействий и отличается защитой от электростатического разряда, что необходимо для систем, обладающих модульной архитектурой.

Системная платформа состоит из элементов: крейта и функциональных модулей. Крейт системной платформы состоит из объединительной платы, источника питания и корпуса.

ЗАО «Скан Инжиниринг Телеком» помимо модулей стандартных форм-факторов (VPX 3U и 6U) собственной разработки предлагает модули в форм-факторе VPX 3.6U, позволяющие использовать печатные платы размера модуля VPX 6U c объединительными платами форм-фактора VPX 3U. Данное решение эффективно при формировании производительных системных платформ на базе модулей стандарта VPX 6U. Экономический эффект достигается через значительное снижение стоимости комплектующих и применение новых конструкторских решений, в частности:

объединительная плата и модули выпускаются с разъёмами MultiGig RT2 под форм-фактор VPX 3U;
увеличение места для расположения различных элементов: вычислительных процессоров (CPU, DSP, FPGA), модулей памяти, периферийных устройств (мезонинов, плат расширения) за счет больших размеров модулей форм-фактора VPX 6U;
увеличение размеров передней панели для вывода необходимых интерфейсов.

Практическая реализация решений на базе форм-фактора VPX 3.6U показала актуальность и растущую потребность в различных отраслях. Примеры исполнения модулей форм-фактора VPX 3U, 3.6U, 6U приведены ниже.

Модуль форм-фактора VPX 3U	Модуль форм-фактора VPX 3.6U	Модуль форм-фактора VPX 6U

Объединительная плата

Ключевым элементом системной платформы VPX является объединительная плата. Объединительные платы, выполненные согласно стандарту ANSI/VITA 65 OpenVPX System Standard (VITA 65), необходимы для организации обмена данными между всеми модулями системной платформы.

Стандарт VITA 65 используется для упрощения интеграции в одну систему модулей VPX разных производителей. Стандарт определяет набор топологий объединительных плат и профилей разъёмов VPX, установленных на модули и объединительные платы. При построении систем и разработке модулей, использование стандарта VITA 65 значительно упрощает подбор элементов модульной архитектуры. Данный стандарт также гарантирует работоспособность в составе системы модулей с совместимыми профилями объединительной платы.

Для организации обмена данными между модулями, входящими в состав системной платформы, на объединительной плате представлено три области межмодульного взаимодействия, в каждой из которых предусмотрен свой набор линий связи (дифференциальных пар):

линия управления (Control Plane) — 1 линия, на базе которой может быть реализован обмен по протоколу Gigabit Ethernet либо 10 Gigabit Ethernet;
линии данных (Data Plane) — до 4-х линий, на базе которых может быть реализован обмен по протоколам PCI Express x4 либо Serial RapidIO~x4. Для PCI Express 2.0 x4 пропускная способность 20 Гбит/с, для Serial RapidIO 2.1 x4 20 Гбит/с;
линии расширения (Expansion Plane) — до 8-и линий, на базе которых можно построить последовательные межмодульные связи, используя протоколы Aurora, RocketIO и др. Максимальная пропускная способность межмодульных связей будет следующая: для Xilinx Aurora x8 до 50 Гбит/с, для RocketIO x8 до 25 Гбит/с, для PCI Express 2.0 x8 до 40 Гбит/с, для Serial RapidIO 2.1 до 40 Гбит/с.

Выбор конкретного протокола для обеспечения взаимодействия между функциональными модулями зависит от схемотехнического решения, примененного в модуле (модулях) VPX.

Источник питания

Для электропитания модулей, входящих в состав системной платформы, может использоваться как стандартный источник питания типа ATX, так и специализированный модуль питания, соответствующий стандарту: ANSI/VITA 62.0 Modular Power Supply Standard (VITA 62.0). Стандарт определяет конструктивные и электрические требования к модулям питания для системных платформ VPX.

Модуль питания VPX (VITA 62.0) конструктивно выполнен в помехозащищенном корпусе с защитой от внешних факторов, что увеличивает его срок эксплуатации и уменьшает электромагнитное влияние на функциональные модули системы. Модули питания VPX обладают высоким КПД. В модулях питания VPX реализована возможность мониторинга для каждого выходного напряжения. При необходимости в систему может быть интегрирован модуль питания нестандартного конструктивного исполнения с набором линий питания в соответствии со стандартом VITA 62.0.

Корпус

ЗАО «Скан Инжиниринг Телеком» предлагает корпуса в двух вариантах: в герметичном и не герметичном исполнениях. Не герметичные корпуса предназначены для установки в телекоммуникационные шкафы «Евромеханика 19″». В зависимости от комплектации функциональными модулями выбирается высота корпуса из следующей линейки размеров: 2U, 3U, 4U, 9U, 10U и 11U. Герметичные корпуса проектируются по индивидуальному заказу.

Методы охлаждения

ЗАО «Скан Инжиниринг Телеком» разрабатывает и производит системные платформы на базе модулей VPX. Системы производятся двух типов: с непосредственным охлаждением модулей и отводом тепла на корпус.

С воздушным охлаждением (непосредственное охлаждение)	С отводом тепла на корпус

В системах с воздушным охлаждением используется принудительный обдув модулей VPX воздушным потоком от вентиляторного блока.

В системах с охлаждением на корпус отвод тепла происходит с оребрённых стенок корпуса и в зависимости от конструктивного исполнения может быть усилен вентиляторным блоком.

Внутренняя часть системы, куда устанавливаются модули в специальных защитных кожухах (clam-shell), выполнена таким образом, чтобы обеспечить максимальный отвод тепла на внешние охлаждаемые стенки корпуса системной платформы.

В обоих типах охлаждения применяется shelf-manager, который производит полный контроль температуры внутри корпуса системной платформы и управление работой вентиляторного блока.