1 高性能計算機/通信產品的特殊要求
高性能計算機，顧名思義，就是在處理能力和可靠性方面具有更高的性能。下一代網絡與通信設備，由于要承擔幾百倍、幾千倍于目前的業務數據的交換和傳輸，同樣也需要更高性能、更先進的解決方案。更先進的高性能的處理器，更高的系統工作頻率，更高的總線帶寬，更優化的系統結構，是這樣的高性能系統所需要的。由于承載的業務量越來越多，在可靠性方面，高性能計算機和NGN 設備比過去有更高的要求。高效的軟硬件管理體制、可靠的供電系統，良好的通風散熱機制，完善的EMC 結構，是實現高可靠性所必須采用手段。
概括地講，新一代的高性能計算機和網絡通信設備都具有如下的要求：
1） 足夠強的數據處理能力
2） 足夠高的數據傳輸速度
3） 足夠多的外部連接接口
4） 安全而高效的系統管理機制
5） 標準而可靠的系統連接方式
6） 易于維護的系統結構
7） 良好的開放性和可擴展性
8） 抗惡劣環境
9） 容錯性強
2 CPCI/ATCA的技術優勢
CPCI/ATCA 技術標準是PCI 在充分吸收其他工業總線的優點的基礎上，針對高性能計算機、測量和控制系統、網絡和通信設備的應用而開發的。
CPCI 采用33MHz/32bit~66MHz/64bit 的并行總線結構，信號傳輸速度高達528Mbyte/s。與一般的PCI總線比較，CPCI在速度上雖然沒有太大優勢，但擴展能力很強。一段CPCI總線可以連接一個系統設備和7個外圍設備，通過橋接電路可以擴展到20 個外圍設備。同時，在每個設備上還預留了更多的可擴展接口，這些接口可以由用戶自行定義，也可以根據需求選擇相應的標準擴展方式，包括：針對傳統電信領域的H.110 總線，針對網絡通信領域的包交換總線（PSB）
圖1 CPCI總線結構
ATCA 拋棄傳統的以CPU為中心的并行總線，改用雙星（Dual Star）、雙雙星（Dual-dualStar）、全互連（Full Mesh）結構，通過最多200 個3.125G 的高速串行LVDS 通道，實現高達300G 的雙向數據傳輸和處理能力。
圖2 ATCA總線結構
CPCI 和ATCA 的這種總線結構非常適合于分布式并行處理的高性能計算機通信系統。CPCI 作為新一代工業計算機的技術標準，經過近10年的發展和遍布全球的PICMG成員的共同努力，已經成為當代高可靠性系統的首選的解決方案。ATCA系列規范雖然發布時間不長，但是，由于它為下一代高性能計算機、通信系統提供了更先進的設計思想和更完善的實現手段，所以也正被越來越多地應用于這些領域的新產品開發。
3 用CPCI技術設計的3G UTRAN系統平臺
3G 系統是由用戶設備（UE）、無線接入網（UTRAN）和核心網（CN）三部分組成，如圖3。
圖3 3G網絡的構成
圖4 UTRAN 結構示意圖
[NextPage] 針對這樣一個特殊的系統，設計了基于CPCI 技術的系統解決方案：CPCI 并行總線作為系統管理與維護平面，雙星PSB 總線作為業務數據傳輸平面。采用6U10SLOT 的背板，4 個Node Board、2 個STM-1 Board 分別占據6 個外圍插槽，Node Board 采用3+1 冗余結構，STM-1Board 采用1+1 冗余結構，2塊System Manager Board 分別位于兩個主備用的系統插槽，通過CPCI 總線對所有外圍槽上的設備進行配置和管理，2 塊Switch Board 分別占據兩個交換槽，2 個系統槽和6個外圍槽同時作為業務節點，它們一起構成雙星拓撲的交換結構。
圖5 基于CPCI并行總線的系統管理結構
圖6 基于PSB高速串行總線的數據傳輸結構
根據系統應用要求設計了專用的9U 機箱結構。10 個6U CPCI 插卡以水平方式安裝，在與Node Board對應的位置，預留了3-4個RF模塊安裝位置和相應天線連接的接口面板。RF模塊的下面是系統監控模塊，對電源、風扇和系統進行檢測告警和控制。監控模塊的下面是2 個3U 250W 的CPCI 電源，以1+1 方式對所有CPCI插卡冗余供電。同時，機箱的底部還有一個標準的3U1800W的通信電源，用它對RF模塊和外接天線提供-48V 饋電，需要時也可以對蓄電池進行浮充電。機箱內還特別配置了具有防雷功能的配電單元，以確保復雜應用環境下人身和設備的安全。為了確保系統可靠運行，針對系統的特點，設計了兩個完全獨立的通風系統。位于上面的系統主體部分，用4 個120x120的強力風扇，以高達528CFM的通風量，在系統監控模塊的控制下，根據系統工作溫度對10 塊插卡和兩塊CPCI電源進行散熱。位于下面的通信電源，每個模塊都具有獨立的風扇和獨立的通風通道，并可根據溫度自動調節風扇的運轉狀態。
最后設計完成的產品如圖7 所示：
圖7 3G UTRAN 系統機箱及背板實物
4 用ATCA技術設計的刀片式服務器
刀片式服務器，顧名思義，就是把原來的體積龐大的臺式服務器或機架式服務器縮小為一塊SBC（Single Board Computer）,箱刀片一樣插入相應的機箱。一個機箱內有若干個這樣的刀片，他們可以進行統一的配置管理，共享數據，根據不同的要求，加載相同或不同的程序，同時執行一個或多個數據處理任務。這樣的刀片式服務器將成為下一代的高性能計算機、網絡通信系統的核心設備。
采用圖2 所示的總線拓撲結構，在一個高14U 的19”標準機箱內，可以安裝多達14 個服務器刀片。由于服務器刀片之間的高速數據線路已經全部在一塊背板實現，并且又更良冷卻系統和完善的機箱管理功能，因此，其可靠性遠高于傳統的服務器。
圖8 就是這樣的一款刀片式服務器示例
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