《不断改进不断创新》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不断改进不断创新（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 不断改进不断创新: 我们能为CompactPCI 做多少进一步的创新设计? 作者 Bob Ehlers 商务发展总监 Performance Technologies 不断改进不断创新: 我们能为C o m p a c t P C I 做多少进一步的创新设计? Performance Technologies Page 2概述 K a i z e n 一个日本的术语意思是不断改进来自于k a i 意思是不断地和z e n 意思是改进 1 9 9 5 年 P C I 工业计算机制造商组织P I C M G 提出了 C o m p a c t P C I , 或叫 P I C M G 2 .
2、 X 当时它代表着嵌入式计算工业的巨变这种外形结构成为了被广泛接收的结构特别是在电信行业C o m p a c t P C I 提供了领先的嵌入式计算技术包括高端处理器高速总线背板和最新技术水平的供电和冷却方式 经过九年的发展C o m p a c t P C I 在单项的规范上经历了不断的升级和结构改进但其核心规范还保持没变 不幸的是 C o m p a c t P C I 最初设计提供的技术已经不断地发展了这种结构已经达到了规定的最大承载容量C o m p a c t P C I 遇到了处理器功耗和冷却需求板卡密度存储和 I / O 吞吐量等几方面的挑战 这里存在着对业界的挑战 C o m
3、 p a c t P C I 能够通过不断改进而被继续采用吗 C o m p a c t P C I 能够通过不断创新而继续得到支持吗 业界希望做什么 在过去的九年中许多公司已经配备了基础设施设备和人员服务于他们已经购买的基于 C o m p a c t P C I 的系统在支持向后兼容和占用相似的物理空间方面C o m p a c t P C I 或其派生物遇到了一些棘手的问题有大量的已安装的 C o m p a c t P C I 基础设备人们希望他们的这些投资能够得到保护 提供一种解决方案占用原有系统的位置能达到现代的性能水平将来升级扩容时能够保留已有的投资这是业界真正希望的 让我们把不
4、断改进应用在嵌入式系统设计中吧 不断改进不断创新: 我们能为C o m p a c t P C I 做多少进一步的创新设计? Performance Technologies Page 3挑战 供电输入 在 C o m p a c t P C I 中表现出的许多问题是有关散热和供电设计的它的体系结构是普通的风冷槽位间距是固定的板卡的长宽是固定的背板连接器设计成固定的针数连线规格和插针布局 有几种策略可以用于增加 C o m p a c t P C I 系统的供电输入首先把供电分散到更多的针上可以增加供电量在高电压的针上如1 2 伏直流增加供电量然后在板卡上再转换到合用的电压是增加供电量的另一
5、种方法 将供电系统做成冗余的和可管理的是另一个问题电源模块占用较小的位置提供更多的电量支持高可用操作是很重要的做到这些而不使系统所需的电源模块增加一倍是基本的要求电源模块在如何组成一个整体群方面也必须是更智能的负载分担主动管理电压和电流的状态通报迫近的故障和费用这些问题在设计供电系统时都要考虑 当供电的策略都用上时在使用高可用的智能的可管理结构的 C o m p a c t P C I 系统中可为每块板卡提供高达 2 0 0 W 的功率 这就引出了如何冷却系统产生的多余热量的问题 集成集中了热量 系统和板卡设计者面临的一种现象是芯片级的集成当越来越高的性能能够由分离元转到单片集成电路单个单片集
6、成电路所占用的空间通常比许多分离元件占用的空间要小很多集成使热量都集中在板卡的某一部分热量的集中增加了散热的挑战性如何使足够的气流掠过部件驱散它的热量 在嵌入式系统设计中集成到单片电路有一个收益递减点当把某项功能集成到单个单片电路中时嵌入式系统设计者在散热效率方面在板卡的版面安排上只有很小的选择余地需要芯片厂商认识到将企业市场需要的一组特性集成到单片嵌入式系统不一定从中受益 不断改进不断创新: 我们能为C o m p a c t P C I 做多少进一步的创新设计? Performance Technologies Page 4专门化的功能划分 有某些功能在集成嵌入式 C P U 卡的一组特
7、征在一起时是常规要考虑的部分这些功能能够更均匀地分散到设计的板卡和系统例如P T 公司已经创建了一种系统管理构架使机箱的硬件管理集中在一个小的专用的智能机箱管理模块中将系统管理功能从大尺寸的单板计算机移到一个占用空间小的模块空出单板计算机专门做应用处理 重点部位的冷却 即使完成划分以后我们已经把散热集中的部件均匀的分散到整个板卡和整个机箱我们仍要处理体积大的整体的功耗大的芯片半导体厂商为了增加C P U 的性能收缩晶核增加晶体管数量增加密度增大封装尺寸提高时钟频率C P U 市场瞄准市场需求量这个需求量由台式机和企业级服务器强有力的驱动着在台式机或服务器中空间确实不是很宝贵的另外因为板上信号的
8、时钟频率的提高各部件必须紧密的靠在一起进一步将热量集中在了板上的某一部位 如果嵌入式市场想要跟上台式机和服务器市场的性能曲线需要新的冷却方法为了缩短分组/ 数据/ 电子的传输时间各部件必须紧密的放置在一起 解决方法是超越风冷作为唯一的散热方式寻找新的方法技术上的发展如闭环液体冷却为冷却大的集中的部件提供了成本效益高的方法表现出了很好的前景 板卡空间 C o m p a c t P C I 规范使用欧规卡的外形尺寸这种板卡是 6 U 高1 6 0 m m 深0 . 8 英寸槽位间距开始使用这种规范时这种板卡的使用空间对于C P U 和支持的芯片组对于当时甚至前瞻一段时间的处理器都是足够的但是经过
9、九年的发展越来越多的功能融进了设计中大部分性能的提升都增加了空间需求相反地同时芯片组已经从许多分离元件变成了单个的单片集成电路在许多情况下这减少了对总空间的需求这种集成也导致了总体部件成本的降低 在设计嵌入式结构时每个单独的特征都需要对放置位置进行研究有几个关键的功能和特征能被移出 C P U 卡但是这需要在结构设计上做大量的规划 不断改进不断创新: 我们能为C o m p a c t P C I 做多少进一步的创新设计? Performance Technologies Page 5I/O 吞吐量 带宽向着更高的目标不断变宽以太网已从 2 M b p s 增长到 1 0 G b p s P
10、 C I 已经从3 2 / 6 6 增长到 6 4 / 1 3 3 这些性能的提升已经呈指数的改进了设备之间的通信同时提高了对设备的要求这些设备要在源端和目的端处理通过这些结构传输的数据因为设备以更高的速率接收和发送数据它们担负着用于传输数据的协议处理的重任 减轻高速 C P U 的负担需要策略当确定结构时充分考虑空间散热和供电等在机箱中更均匀的分散处理任务减轻 C P U 的负担这种策略能使性能呈指数改善 CPU 选择 针对任何特殊应用都有许多特征表示一个好的C P U 适用于台式机和企业服务器的C P U 不一定对嵌入式应用是最好的然而计算技术和电信的融合以及各种应用变为嵌入到通信网络中在
11、台式机企业服务器数据中心和嵌入式电信运算环境之间一定存在一个特征上类似的基本面 集成的应用开发环境将应用从开发者的桌面移到了实验室测试环境移到了生产环境当设计一个嵌入式运算结构时通常是一个生产环境重视这一点将最终减少应用开发费用提高可靠性和简化管理 选择一款可以从划分中受益的C P U 也是很重要的支持芯片组特性选项的范围受限或过度集成的 C P U 能导致许多选项不能改变如果按特征寻找一款C P U 使特殊的应用能紧密的对应到一款高度集成的C P U 和支持的芯片组这应是最好的做法如果应用需求是宽泛的这种方法通常不太好诀窍是寻找可以从集成中受益的应用将其移到适用的芯片上的系统中 桌面或开发环
12、境与生产环境的一个关键差别是需要用户接口芯片如I n t e l P 4 设计支持集成的图形显示用户外设如 U S B 打印口键盘鼠标等其中的许多功能都集成到了 C P U 或支持的芯片组中许多用户寻找性能但又没有真正理解他们要找的性能是什么许多 C P U 性能较低但对于嵌入式应用与高性能的台式机或企业机相比实际上具有更好的工作特性 最后在嵌入式设计中 C P U 卡的功能已经由主要做控制处理器转变到应用处理器控制功能多是分布式的现已驻留在智能外设板中或专用部件如智能机箱管理模块中应用处理器的特性与控制处理器的特性有显著的不同应用则更多的要求内存不断改进不断创新: 我们能为C o m p a
13、 c t P C I 做多少进一步的创新设计? Performance Technologies Page 6和运算吞吐量的前景浮点性能变的更重要了而整数性能则继续按线性比例增加 存储 嵌入式系统的板卡间距板卡尺寸和散热限制已经严重的限制了能够集成到系统中的大容量存储的数量当一家公司想要在嵌入式系统中实现大容量存储时通常意味着要通过 P M C 主机总线适配卡外接磁盘阵列实现外部存储这样做费用可能非常高并浪费空间或用户可以接受 2 . 5 驱动器的品质内置冗余弥补可靠性和容量的限制在两种情况都要花费许多钱 另外在 C P U 卡上使用板载存储需要对板上空间散热和供电做设计将存储移出C P U
14、 卡能够在处理密度成本和可靠性上得到许多好处 正在使用的嵌入式系统的体系结构 拆析和划分 不断地创新 为定义一个更好的嵌入式系统结构我们首先考虑合理水平的集成和在系统中适当的使用功能分布我们称其为拆析把整个结构按特定的功能要求拆分确定各功能之间的关系确定各功能之间连接的能力和局限性然后决定将来系统中最好的布局 P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P
15、 o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u P o w er S u N o deN o deN o deN o deN o deIP St or ag e Bl ad e N o deN o deN o deC P U Bl ad Ethe rn et S wi tc Ethe rn et S wi tc N o deN o deN o deN o deIS M IS M N o deIP St or ag e Bl ad e C P U Bl ad N o deA cc el er at or A cc el er at or Fl
16、 ex N at Fl ex N at N o deN o deN o deN o deN o deIP St or ag e Bl ad e N o deN o deN o deC P U Bl ad Ethe rn et S wi tc Ethe rn et S wi tc N o deN o deN o deN o deIS M IS M N o deIP St or ag e Bl ad e C P U Bl ad N o deA cc el er at or A cc el er at or Fl ex N at Fl ex N at 机箱管理模块ISMs从CPU中 分离出了管理和控制功能 TOE/IPSec/iSCSI Modules Off Load IO from CPU TOE/IPSec/iSCSI Modules O
