מאת David Pursley. בעימות נגד עמודי התווך המשובצים הצבאיים CompactPCI ו-VME וה-VPX העתידי, MicroTCA הוכיח את עצמו כחלופת תכנון מועדפת בסביבות קשות, בזכות רוחב-פס גבוה, גורם צורה נמוך וקשיחות מוכחת, תמיכה רבת-ליבות וזמינות גבוהה. בנוסף, פיתוח התקנים מדרבן את הקידום המהיר של MicroTCA כבחירת התכנון הצבאי החל ממרכזי בקרה ועד למִ¬קלטים ובשדה הקרב עצמו.
יוזמות התקינה בקרב אנשי הצבא מניעות את ניהול שדה-הקרב המשולב, ומקדמות את התפתחות המתכננים והטכנולוגיה הרבה מעבר לארכיטקטורות העבר ולקראת פתרונות יותר חסונים אך עדיין תקינים, שניתן לפרוס במהירות ותוך חיסכון בעלות. המתכננים הצבאיים נוטים להזדקק למשהו שניתן לפרוס במסגרת זמן ותקציב מוגדרת היטב. הזמן והעלויות לצורכי התחדשות חייבים להישאר תחת בקרה, במיוחד כאשר מפעילים קבלנים לצורך פיתוח תכנונים העתידים להיות מתוקצבים לקראת העברתם לייצור.
באותו הזמן, תכניות צבאיות בהיי-טק התומכות בפעילויות ממוקדות-רשת דוגמת Future Combat Systems (FCS), Joint Tactical Radio Systems (JTRS) ו-Warfighter Information Network-Tactical (WIN-T) מתוקשרות באינטנסיביות, ודורשות רוחב-פס גדול בסדרי גודל מאשר תכניות מהדור הקודם. אם להוסיף את הדרישה הגוברת לשיפורים בהיבטים של גודל, משקל והספק (SwaP), והרי הציוד הצבאי צועד במהרה לקראת ממדים קטנים יותר המציעים ניידות וביצועים מאוד גבוהים. בשעה שהמומחיות של המתכננים הצבאיים מושרשת היטב ב-VME ו-CompactPCI, המתכננים עומדים בפני אתגרים חדשים בלימוד על ההבדלים הפונקציונליים בין חלופות אלה, – ביחד עם המועמד החדש ביותר VPX – כנגד MicroTCA. כיום MicroTCA מוכיח שהוא יכול לענות לדרישות החזית, בעזרת שליטה ב-SwaP, רוחב-פס גבוה, קשיחות המוכחת-צבאית כמו גם תמיכה בליבות מרובות וזמינות גבוהה.
רוחב-פס בשילוב עם SWaP
VME ו-CompactPCI הן ארכיטקטורות U6 ו-U3 המספקות תקשורת דרך אפיק נתונים משותף. הן מספקות מספיק רוחב-פס בין התקני master (שליט) ו-slave (נשלט) (320 MBps עבור VME64) עבור יישומי וֵטרוניקה (אלקטרוניקה צבאית עבור רכב), נָבטרוניקה (כנ”ל עבור כלי-שייט) ואביוניקה (כנ”ל עבור מטוסים), אך תכניות חדשות יותר דורשות רוחב-פס יותר גדול. הרחבות ממותגות לארכיטקטורות אלו (VITA 31, VITA 41 ו- PICMG 2.16) כוללות ממשקים נוספים דוגמת ה-dual GbE לשם שיפור רוחב-הפס הכולל, אך הם זמינות רק בתצורת U6, דבר שעלול להיות לא-מעשי עבור תכנונים קטנים יותר. יתר על כן, רבים מהיישומים הצבאיים הממוקדים-תקשורת דורשים רוחב-פס גדול יותר.
אולם, תקן ה- MicroTCAמסוגל כיום לטפל בסוגיות של מילוי שתי הדרישות, של SwaP ושל רוחב-הפס. MicroTCA אושר ביולי 2006 בתור PICMG MTCA.0. (ראה מסגרת על עדכון תקני MicroTCA). MicroTCA מוגדר על-ידי יכולת העיבוד הגבוהה שלו ורוחב-פס התקשורת שהוא מספק בממדי U2 קטנים. כאשר משווים אותו עם U6, MicroTCA מגיע לרוחב-פס יותר גדול בממדים קטנים יותר, ועונה לצורך הגובר בשיקולי SwaP בתכנונים צבאיים מתקדמים. MicroTCA מציע עד 21 חיבורים טוריים מהירים בלוח האם, כנגד שניים המצויים לרוב במימושי VME ו-CompactPCI – כאשר כל אחד מקנה עד 2.5 Gbps רוחב-פס.
בנוסף, MicroTCA מספק יותר רוחב-פס ויכולות מחשוב גבוהות יותר על-ידי שימוש במעבדים מרובים בלוח-אם אחד. גם תכנוני VME U6 או CompactPCI יכולים לספק זאת, אולם ההתאמות ההכרחיות ל-U3 מגבילות את רוחב-הפס בהשוואה ל-MicroTCA. MicroTCA מתמקד בקצה הרחב של עולם קטן ממדים, אבל עם 2Ux3-6HPx183.5 mm זהו גודל פיזי קטן יותר אף מה-3U VME ו-CompactPCI.
מסגרת 1: עדכון תקני MicroTCA קשיח
ההחלטה הקשה: VPX או MicroTCA?
בבואם לשקול את ה-MicroTCA, המתכננים צריכים לחקור גם את ה-VITA 46, הידועה גם כארכיטקטורת VPX. יישומים קריטיים למשימה הפועלים בסביבות קשות מאוד –דוגמת מתקנים קרקעיים ניידים מקוררים בהולכה – הם אידיאליים עבור עצמת העיבוד היחידה בקשיותה של ה-VPX. טכנולוגיית ה-VPX, המיועדת במיוחד ליישומים צבאיים איכותיים קשיחים ביותר, נוטה להיות יקרה. כתוצאה, MicroTCA עונה לפרמטרי העלות של תכנון קבוצה יותר גדולה של יישומים, ומתאים מאוד ליישומים בעלי דרגת קשיחות מתונה.
טבלה 1: בשיקולי הבחירה בפרויקט חדש: VPX, MicroTCA או גורם צורה אחר, בחירת הארכיטקטורה היא חיונית.
בהתאם לכך, כאשר שוקלים האם פרויקט חדש ישתמש ב-VPX או MicroTCA, בחירת הארכיטקטורה היא חיונית (טבלה 1). ברמה בסיסית מאוד, MicroTCA ו-VPX מכוונים לאותה המטרה צבאית, אך מנקודת מבט שונה לחלוטין: VPX הוא קשיח ביותר וכיום אין לו חלופה אמיתית לפתרון פחות יקר, יותר ישים. MicroTCA בניגוד לכך מתחיל כפתרון פחות קשיח, פחות יקר, אך הוא כעת משפר את תכונות הקשיחות שלו באמצעות מפרטי המשך המתוכננים עבור מרכיבים קשיחים במיוחד. אולם, לשני גורמי הצורה שמור מקום מכובד.
במקרים בהם זמן הפיתוח משחק תפקיד פחות חשוב –לדוגמה עבור יישום העומד להתממש אי-שם בשנה הבאה – ואם היישום מיושם בכלי קרקעי ולא במוטס, VPX עשוי להיות בחירת תכנון מצוינת בשל קשיחותו. אם היישום הנדון מיועד למטוס סילון או מטוס קרב, פלטפורמה דוגמת ה-MicroTCA – המוכחת הן במושגים של רוחב-פס בתקשורת והן בקשיחות – עשויה להוות בחירת תכנון מועדפת.
לכן, ה-MicroTCA משמש כיום ביישומים קשיחים יותר. למעשה, BAE Systems ערכה ניסויים המוכיחים שה-MicroTCA הוא קשיח דיו אף עבור יישומי קרקע ניידים (איור 1). בניסוי זה, הם גילו שמחבר הקצה של ה-MicroTCA היה מספיק עבור פרופילי הרעידות הדרושים במימוש הרדיו WIN-T JC4ISR. במיוחד הוכיח הניסוי שאין פסקים ושהמגעים אינם נפגעים לאחר מחזור חיים שווה-ערך ל-25 שנים.
תמונה 1: MicroTCA הוכח כקשיח דיו אף עבור יישומי קרקע ניידים.
מרובי-ליבות וזמינות גבוהה: קריטיים למשימה
MicroTCA הוא בעל פס-רחב הן עבור התקשורת והן עבור מחשוב ויכול לאכסן 12 להבי-מחשב על לוח-אם יחיד. עתה דמיינו לעצמכם אותה מערכת U2, אך עם 12 הלהבים כאשר כל אחד מהם משתמש במעבד מרובה-ליבות. אם המערכת הופכת ל-U3 או אף U4, היא יכולה לשאת כיום עד 24 ליבות. זה ניתן להשיג בממדים קטנים מאוד, וזהו אולי היתרון הבולט ביותר של ה-MicroTCA. בנוסף, יכולות רוחב-הפס לתקשורת נעות בין 40 Gbps ועד מעל 1 Tbps. תחום רחב זה הוא מעשי מאחר שרוחב-הפס האמיתי יהיה תלוי ביישום. בשלב זה, יישומי PICMG 2.16 או VITA31 מציעים 2 Gbps.
בנוסף ליכולות המחשוב מרובה-הליבות המתרחבות, MicroTCA מספק גם יכולות זמינות גבוהה. זמינות גבוהה לא הוותה תמיד בעבר דרישה עבור מערכות צבאיות, אך הדבר משתנה בשעה שניהול שדה-הקרב המשולב דורש זמן פעולה מרבי של המערכת. ניטור האיתנות של מערכת ו”תיקונה” בשדה מהווה יתרון של ה-MicroTCA. (MicroTCA ו-AdvancedTCA נבנו תוך התחשבות בזמינות הגבוהה – HA-high availability, כלומר ה-HA איננו מוסיף הרבה לעלות מאחר שהתשתית כבר תומכת בו). בעזרת Intelligent Platform Management Interface (IPMI) ניתן להודיע למשתמשים כאשר המערכת איננה מתפקדת בביצועי השיא שלה. ניתן להפעיל ולנתק מאווררים במידה שסף הטמפרטורה משתנה, ואם כרטיס כושל, ניתן להוציאו ולהחליפו בעוד המערכת פועלת. ניטור בריאות מבוסס-IPMI, ביחד עם יתירות מלאה בפני כשלים, מונע כל נקודת כשל ייחודית במערכת.
MicroTCA בשדה-הקרב העכשווי
מערכות צבאיות חדישות דורשות רוחב-פס גבוה לצורכי מחשוב ותקשורת כדי לקשר בין החיילים ורכבים, מטוסים, ספינות ומרכזי הבקרה. מערכות מורכבות אלו דורשות רוחב-פס לתקשורת גדול וממדים קטנים, ומכאן שעיבוד איכותי בגורמי צורה קטנים הוא מרכיב תכנוני עיקרי ההולך ומתפתח. מתכנני מערכות לוחמה חדישות צריכים לשקול חלופות בין ארכיטקטורות VME ו-CompactPCI מסורתיות, לזהות את המקרים בהם פלטפורמות מהעבר אלה מתאימות ובאיזה מקרים גורמי צורה חדשים יותר דוגמת ה-MicroTCA וה-VPX עשויים להציע יותר לטובת התכנונים הצבאיים הקשיחים שלהם. תמיכה במרובי-ליבה וזמינות גבוהה הם גם שיקולים חשובים כאשר מתכננים טכנולוגיית שדה-קרב עכשווית.
* * *
David Pursley משמש כמהנדס יישומי שדה ב-Kontron. הוא אחראי על הפיתוח העסקי של קווי הייצור MicroTCA, AdvancedTCA, CompactPCI ו-ThinkIO בצפון אמריקה ומקום מושבו הוא ב-Pittsburgh,PA. בעבר הוא עסק במגוון תחומים כגון מהנדס יישומי שדה, מהנדס שיווק טכני ומנהל שיווק. David הוא בעל תואר Bachelor of Science במדעי והנדסת המחשבים מאוניברסיטת Bucknell ותואר Master’s בהנדסת חשמל ומחשבים מאוניברסיטת Carnegie Mellon. ניתן להשיגו ב-david.pursley@us.kontron.com.
תרגם: אריה טל-אור
