PICMG 3.X 标准及Switch Ethernet背板架构

解利伟 2002/07/12

PICMG 3.X 标准

PICMG是CompactPCI的升级标准，但是与CompactPCI有很大的不同，CompactPCI是共享式总线结构，而PICMG提供了交换式连接，每个点到点的连接能达到10Gbps的带宽。图1所示为几种技术的互联带宽比较。PICMG标准的提出主要是针对电信行业方面的应用，因此在供电方面采用了电信界的双-48V电源标准，而非CompactPCI的ATX电源标准。因此，PICMG标准与CompactPCI在很大程度上不兼容。

PICMG3.X的特点

PICMG 3.X主要的目标是定义新一代高端通信设备的系统结构。这一族规范定义了足够充分的信息，如电路板尺寸、设备操作方式、连接器、电源功耗的分布以及独立于交换网络的系统管理结构，以确保不同的主板、背板和机架厂商可以独立地开发可互操作的产品。当被集成到一个系统中时，这些产品可以有效地协调工作。

1．PICMG 3.0：这是一个概括式规范，主要定义机械特性、电路板尺寸、电源功耗的分布、电源和数据的连接方式以及系统管理。

2．PICMG 3.1：基于通用背板的互连交换网，这个规范定义了以太网的交换结构，可保证每个点到点的连接都有10Gbps的带宽。

3．PICMG 3.2：定义在PICMG结构下的InfiniBand系统构造方法，并且描述了物理层的连接，协议及协议的映射等。

4．PICMG 3.3：基于通用背板的互连交换网，这个规范定义了StarFabric的实现方法，从而可以提供TDM、Cell、控制和包连接等服务。

与Compact PCI非常不同，PICMG 3.X从一开始就是面向每年1000亿美元的电信市场。由于具有极强的通信性能、可靠性和电气指标，军事也将成为PICMG 3.X的一个潜在应用。此外，PICMG 3.X仍可用在传统的服务器集群等方面。

PICMG3.X描述

1.单个系统主板为 322.25mm(8U）×280mm，面积为140平方英寸（Compact PCI主板面积为54平方英寸）。在历经了长时间6U和9U的争论之后，这个结论充分考虑了冷却、前端面板空间、背板尺寸和后端面板的要求。

2.各个主板间距为 1.2英寸，而Compact PCI只有0.8英寸，这是充分考虑了下一代CPU散热、升级内存模块及高能量DC-DC转换器的需求。

3.一个标准的19英寸机架可以容纳12个主板;一个标准42U高的机柜可以容纳三个这样的机架及相应的散热风扇等设备。

4.PICMG 3.X理论上允许每个系统主板产生高达200瓦的热量。这意味着每个机架允许产生3千瓦的热量，一个42U的机柜允许产生10千瓦的热量。实际上，在没有特殊散热设计的情况下，每个主板可以允许产生150瓦的热量。

5.机柜的输入采用双-48V DC电源。在经过相应处理之后，再配送给各个机架。每个主板通过DC-DC转换器将电压变换后使用。

PICMG 3.0标准大约于2002年8月完成。之后，PICMG 3.1会很快完成。惠普和IBM都计划在2003年年初采用PICMG的新标准。

交换式以太网背板架构

“共享”和“交换”是一个在IT业长期争论不休的话题，它们处在同一个事物的两个极端，常常是相互冲突的。在计算机行业，多数使用的是共享总线，典型的就是前面所说的PCI总线。在PCI总线上，多个PCI设备共享一个PCI通道的带宽，主设备轮流控制PCI总线，当一个PCI设备占据PCI总线时，它就成为PCI的主设备，其他PCI设备就只能充当从器件，不能同时有两个以上的设备成为主设备。而交换是典型的并行结构，多用在通信行业，如矩阵式的交换机，在两个端口交换信息的同时，不会影响到其他端口的工作，也就是说，各个端口的交换是同时的。显然，从通信效率来看，交换结构要比共享结构好得多;总线结构的好处则是相对简单，比较容易实现。

为解决共享式背板的问题，新型的服务器背板采用了交换式背板（Switch Backplane）技术，其中很有代表性的一种采取了矩阵交换（Crossbar Switch）技术，它可最大限度地保证端口之间的并行数据交换。同时，这种交换机一般会有一条专用的控制总线，用于交换机内部的管理以减小对背板的打扰，背板的数据交换功能由一种叫交换引擎的板卡提供，总体来说背板的能力随着交换引擎数量的增多而提高，每块接口卡与多个交换引擎同时连接，这种结构在正常情况下提高了接口卡的数据吞吐量，当一个交换引擎发生故障时，可提供备份。

交换式以太网技术的优点

第一，交换式以太网连接简单，不需要改变网络的其他硬件，如电缆和用户的网卡等，只要用以太网交换机替换共享式的Hub，就可以节省用户网络升级的费用，还可实现高速与低速网络间的转换，完成不同网络之间的协同。目前大多数交换式以太网都具有100Mbps的端口，通过与之相对应的100Mbps网卡接入到服务器上，暂时解决了10Mbps的瓶颈，成为网络局域网升级时的首选方案。

第二，交换式以太网可以同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更高的带宽。传统的共享式10/100Mbps以太网采用广播式通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如果发生碰撞还得重新链接，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，比如，一个16端口的以太网交换机允许16个站点在8条链路间通信。

交换式以太网的背板架构

目前，千兆以太网的交换机技术已日渐成熟，万兆位的以太网交换技术也开始崭露头角。将千兆/万兆以太网的交换技术用在服务器的背板上，完全可以解决信息量带宽拥挤的问题，加之沿用Compact PCI背板坚固的插槽架构、热插拔的技术，相信交换式以太网技术在服务器的背板上一定会大有作为。

计算机世界报