模塊化硬件平臺(tái)需要權(quán)衡

介紹

模塊化硬件平臺(tái)通常是背板、電源、散熱子系統(tǒng)和功能板等硬件的集合，可以通過(guò)不同的方式組裝并重復(fù)使用以滿足不同的需求。模塊化硬件平臺(tái)可以是專有的，也可以基于可互操作的符合標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)。使用模塊化硬件平臺(tái)可以大大改善復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用、上市時(shí)間、質(zhì)量、通用性和風(fēng)險(xiǎn)。

考慮一家提供全面服務(wù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商。他們可能擁有一系列服務(wù)器、存儲(chǔ)引擎、路由器、交換機(jī)、光學(xué)和無(wú)線通信設(shè)備以及各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如果這些產(chǎn)品線中的每一個(gè)都需要對(duì)其自己的背板、機(jī)箱、電源、冷卻裝置、處理器板、存儲(chǔ)板和 I/O 板進(jìn)行設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈管理，那么該公司可能有數(shù)百種不同的設(shè)計(jì)需要管理. 然而，如果他們能夠使用通用的模塊化平臺(tái)方法，他們可能只需要開(kāi)發(fā)幾個(gè)機(jī)箱/背板組合、幾個(gè)電源和冷卻選項(xiàng)、一些板類型和通用平臺(tái)軟件即可覆蓋同一市場(chǎng). 通過(guò)使用基于標(biāo)準(zhǔn)的模塊化平臺(tái)，他們可能能夠從第三方供應(yīng)商的生態(tài)系統(tǒng)中為這些模塊化元素中的許多元素購(gòu)買可互操作的解決方案，從而使他們能夠僅專注于使他們的產(chǎn)品與眾不同的開(kāi)發(fā)的特定部分，而讓更大的供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)擔(dān)心商品元素和永無(wú)止境的更新。讓我們看看用于模塊化平臺(tái)的一些權(quán)衡和技術(shù)。

先進(jìn)的電信計(jì)算架構(gòu)

您選擇的平臺(tái)是什么？我將重點(diǎn)介紹高級(jí)電信計(jì)算架構(gòu)，也稱為 AdvancedTCA 或 ATCA，由 PICMG 標(biāo)準(zhǔn)化（類似的基于標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)包括 VME、VPX、CPCI、MicroTCA 和開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目）。AdvancedTCA 基于帶有背板的多插槽機(jī)箱，該背板互連多個(gè)電路板和后部轉(zhuǎn)換模塊。一個(gè)典型的機(jī)箱有 14 個(gè)插槽，但最多支持 16 個(gè)。每個(gè)插槽在前面接受一塊大電路板，在后面接受一個(gè)后轉(zhuǎn)換模塊（通常用于 I/O 擴(kuò)展或容納存儲(chǔ)）。大型 48V 電源子系統(tǒng)和高流量風(fēng)扇托架允許功耗高達(dá)每插槽 400W，這足以滿足四路計(jì)算服務(wù)器、大型路由器和高性能加速器板的需求。高速背板互連并為電路板提供服務(wù)。有兩種主要的背板拓?fù)淇晒┻x擇：雙星形和網(wǎng)狀。在雙星配置中，兩個(gè)插槽包含充當(dāng)星形網(wǎng)絡(luò)中央集線器的結(jié)構(gòu)板。兩塊光纖板支持容錯(cuò)，因此一塊光纖板上的單點(diǎn)故障仍應(yīng)保留通過(guò)冗余板的流量并允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。背板的第二個(gè)選項(xiàng)是全網(wǎng)狀，其中每個(gè)板插槽都有通往所有其他板的專用路徑。網(wǎng)狀選項(xiàng)對(duì)于路由器、分析和超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用特別有價(jià)值。因此，一個(gè)結(jié)構(gòu)板上的單點(diǎn)故障仍應(yīng)保留通過(guò)冗余板的流量并允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。背板的第二個(gè)選項(xiàng)是全網(wǎng)狀，其中每個(gè)板插槽都有通往所有其他板的專用路徑。網(wǎng)狀選項(xiàng)對(duì)于路由器、分析和超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用特別有價(jià)值。因此，一個(gè)結(jié)構(gòu)板上的單點(diǎn)故障仍應(yīng)保留通過(guò)冗余板的流量并允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。背板的第二個(gè)選項(xiàng)是全網(wǎng)狀，其中每個(gè)板插槽都有通往所有其他板的專用路徑。網(wǎng)狀選項(xiàng)對(duì)于路由器、分析和超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用特別有價(jià)值。

配置模塊化平臺(tái)

要配置模塊化平臺(tái)，應(yīng)用程序的要求被劃分為適合多個(gè)電路板的功能。因此，例如，一個(gè)邊緣計(jì)算和分析設(shè)備可能有一些處理器板、一些加速器板、兩個(gè)存儲(chǔ)板、用于無(wú)線和有線/光纖接口的 I/O 板，以及結(jié)構(gòu)板（一個(gè)或兩個(gè)取決于如果需要高可靠性）。這些由機(jī)箱和背板支持。冷卻子系統(tǒng)通常由風(fēng)扇托架和傳感器組成，可確保電路板保持涼爽。由一個(gè)或多個(gè)電源和配電單元組成的電源系統(tǒng)將來(lái)自交流電源或電池組的輸入能量轉(zhuǎn)換為電路板所需的電壓。系統(tǒng)管理基礎(chǔ)設(shè)施作為盒子的“自主神經(jīng)系統(tǒng)”，管理電源和冷卻子系統(tǒng)，監(jiān)控電路板，管理啟動(dòng)和軟件更新，并向更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)告任何警報(bào)或異常情況?？偠灾@種類型的模塊化平臺(tái)可以配置以滿足各種要求。

平臺(tái)軟件也是一個(gè)重要的考慮因素。許多低級(jí)功能與操作系統(tǒng)、虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施、功能編排、共享數(shù)據(jù)庫(kù)、通用協(xié)議棧和系統(tǒng)管理相關(guān)聯(lián)。如果把這些功能也看做一個(gè)通用的平臺(tái)，這個(gè)軟件就可以一次編寫(xiě)，作為多平臺(tái)應(yīng)用的軟件基礎(chǔ)設(shè)施。然后，設(shè)計(jì)人員使用運(yùn)行在通用軟件平臺(tái)之上的專用軟件來(lái)添加產(chǎn)品或用戶特定的功能，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)部署。

通用模塊化平臺(tái)

在通用平臺(tái)的應(yīng)用方面存在優(yōu)勢(shì)。通用平臺(tái)通常不完全符合所有系統(tǒng)要求。但通常可以找到符合95%標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)，如果這意味著實(shí)現(xiàn)通用平臺(tái)的好處，那么可以使用或定制這些小差異。第一次構(gòu)建用于多個(gè)應(yīng)用程序的平臺(tái)時(shí)，通常需要比單次使用自定義設(shè)計(jì)更長(zhǎng)的時(shí)間和成本（因?yàn)樾枰σ?guī)劃對(duì)未來(lái)應(yīng)用程序的適用性）。但是，第二次和后續(xù)使用相同的平臺(tái)資產(chǎn)將節(jié)省大量時(shí)間和開(kāi)發(fā)預(yù)算，因?yàn)槠脚_(tái)資產(chǎn)可以重復(fù)使用，而不是重新開(kāi)發(fā)。

還有一些與平臺(tái)供應(yīng)鏈戰(zhàn)略相關(guān)的權(quán)衡取舍。有時(shí)，在內(nèi)部構(gòu)建通用平臺(tái)元素是有意義的，尤其是在預(yù)期數(shù)量很高或它們包含某些專有技術(shù)的情況下。但是，通常情況下，尋求供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)來(lái)提供部分或全部平臺(tái)元素是有意義的，并且開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的更多是集成而不是主要設(shè)計(jì)角色。這種方法讓您可以比較多個(gè)供應(yīng)商的產(chǎn)品，并為生態(tài)系統(tǒng)提供的每個(gè)元素選擇最符合您要求的產(chǎn)品。

結(jié)論

基于標(biāo)準(zhǔn)的通用平臺(tái)可以為您節(jié)省時(shí)間和金錢，并提高產(chǎn)品的可靠性和功能豐富性。

CHARLES C. BYERS 是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的副首席技術(shù)官，現(xiàn)在加入了 OpenFog。他致力于邊緣霧計(jì)算系統(tǒng)、通用平臺(tái)、媒體處理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)和實(shí)施。此前，他是思科的首席工程師和平臺(tái)架構(gòu)師，以及阿爾卡特朗訊的貝爾實(shí)驗(yàn)室研究員。在電信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的三十年中，他在語(yǔ)音交換、寬帶接入、融合網(wǎng)絡(luò)、VoIP、多媒體、視頻、模塊化平臺(tái)、邊緣霧計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。他還是多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)者，包括擔(dān)任工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟和 OpenFog 聯(lián)盟的首席技術(shù)官，并且是 PICMG 的 AdvancedTCA、AdvancedMC、

Byers 先生在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校獲得電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)士學(xué)位以及電氣工程碩士學(xué)位。在業(yè)余時(shí)間，他喜歡旅行、烹飪、騎自行車和在他的工作室里修修補(bǔ)補(bǔ)。他擁有 80 多項(xiàng)美國(guó)專利。

審核編輯黃宇