הטכנולוגיה של מחר ביישומים של היום

בתחומי יישומים חדשים של מחשוב משובץ, גם באלו שנמצאים בתנאי סביבה קשים, יש כיום דרישה למארגים (fabric) ממותגים טוריים מודולריים עם הגדרת EMC טובה ביותר ועם שלמות אותות גבוהה ביותר. איגוד VITA יצר ב–VPX וב–VITA 46.x את המפרטים הבסיסיים עבור מארגים ממותגים טוריים ועמידים ביותר. המפרט הבסיסי הפך כבר לתקן ANSI, לכן על פי הצפוי, משתמשי VME קיימים וחדשים יעדיפו את הרכיבים המסחריים מהמדף [Commercial of the Shelf – OTS] המשובצים האלו.

דרישה לביצועים ולעוד ביצועים
יישומים שכוללים מכ”מ, סונאר, על–קול (אולטרה–סאונד) וגילוי תמונה (נעה) מספקים באופן קבוע נתונים גולמיים שאותם יש להעביר, לעבד ולהפיץ ללא שגיאות. במערכות אוויריות או במערכות אבטחה לתעבורה מופקים נתונים רבים יותר, כדי לאפשר ערנות רבה יותר ופעולות מדויקות יותר. גם הפצת נתונים ברשתות מידע מורכבות מובילה לגידול של רוחב פס ויכולת עיבוד.

יעילות מוגברת גם עבור מערכות פועלות
בנוסף, נוצרת דרישה לתהליכי תחזוקה ושירות יעילים יותר: במגזר הביטחוני קיימת מגמה של מעבר מתחזוקה בשלוש או ארבע רמות לתחזוקה בשתי רמות (TLM). “יחידה להחלפה בשטח” (FRU) חייבת להיות עמידה ביותר, כדי שאפשר יהיה להחליפה באופן אמין בכל עת גם בתנאי סביבה עוינים ביותר. הפתרון הטוב ביותר במקרה של תקלה במערכות מחשבים הוא האפשרות להחליף חלק אחד בלבד, נניח מעגל היע”מ (CPU), מעגל כניסות/ יציאות מיוחד או ספק כוח. כל אלו מובילים לציפיות גבוהות ממערכות COTS.

מארגים ממותגים טוריים הם העתיד
חיבורי נתונים טוריים כדוגמת Multigig–Ethernet, PCI Express ו–SRIO עדיין יכולים למלא במשך זמן רב את הדרישות השונות בתחום המחשוב, אם כי רצוי לציין שלהעברת אותות טורית הפרשית יש יתרונות לעומת העברת אותות באפיק מקבילי:
• רוחב פס גבוה יותר לטרנסאקציות;
• רוחב פס מצטבר גבוה יותר;
• זמן המתנה נמוך יותר;
• שימוש במערכות אפיק מסוגים רבים יותר;
• יכולת שדרוג מורחבת;
• שטח מעגל ממשי קטן יותר לניתוב.
מערכות FRU מודולוריות זעירות עם לוחות אם, לפי דרישות היישום, מאפשרות יצירת יישומים ללא כבלים. המערכות צריכות לאפשר את מימוש כל טופולוגיות הרישות הסטנדרטיות, בהן כוכב, כוכב כפול וסריג מלא. מחברי הנקבה של המפרטים הצבאיים הקודמים, ששמשו לפתרונות עם לוח אם ומעגלים מודולריים, מתבלים כתוצאה מפעולת גרגרי חול ובהדרגה הם יוצאים משימוש, מחברי הזכר עלולים להתעקם אם לא מחברים אותם במיומנות ובזהירות ואת הנזקים אי אפשר לתקן בשטח. מכן נוצר הצורך בפיתוח תקן חדש לעמידה בדרישות אלו.

הדרישה – מחבר עמיד ביותר לחיבור מעגל ללוח אם
את הדרישות הגבוהות ביותר בכל הנוגע לעמידות מכנית ולעמידות לאיכול ולקשיחות, שתמנע התעקמויות או חיבור לא תקין בין מעגלים, ניתן למצוא בתחום המכני. מבחינה חשמלית, יש צורך בתכונות כגון הנחתת ערב דיבור (crosstalk) בין ערוצי אותות טוריים הפרשיים וחוסר רגישות לפריקה אלקטרו–סטטית ולזרמי עומס יתר. בין הדרישות האחרות נכללות אפשרות שימוש במשך כמה שנים או אף כמה עשרות שנים, וצפיפות מגעים גבוהה שתאפשר שימוש באפיקי אותות עתידיים בממדים המקובלים כיום. הפתרון של VPX לפי מפרט VITA–46 מספק את התשובה האמינה ביותר.

מעבר מחיבורי פין
לחיבורי לשון
המחבר MultiRig RT2 מהווה פתרון מצוין והוא נבדק כבר לפי מפרט VME64 של VITA. בצד המעגל יש כמה עמודות של “לשונות” עם 7 שורות. בלוח האם נמצאים שקעים מתאימים עם בידוד לכל לשון. קונפיגורציה זו מאפשרת אותות העברת מהירים עד 5 ג’יגה–העברות בשנייה (GTs/s) לכל נתיב באפיק PCI Express Gen 2, אשר נדרש לו זוג מוליכים סמוכים עם מרווח גדול לזוג הסמוך וחיבור הארקה טוב. מחברים שקיימים כיום, עם מרחקים זהים בממד המאונך ובממד האופקי, אינם מספקים את הנחתת ערב הדיבור הנחוצה, של עד 3% בקצבי נתונים המגיעים ל–6.25 ג’יגה–סיביות בשנייה. שימוש בחומרים שונים במעט מהחומרים המקוריים עלול להוביל לסטייה גדולה מהתוצאות המחושבות. מצב זה מסוכן ביישומי אבטחה, בדיקות ומדידות ובמשימות כיול. מגעי הזכר הוצבו בצד המעגל שאותו יש להחדיר כדי לאפשר ניקוי המרווחים בעת החלפה.

עד 464 מגעי אותות
למרות העמידות הגבוהה להפרעות EMC ושלמות האותות, המחבר MultiRig RT2 מציע ביצועים מצוינים: למעגלי VPX בגודל 6U יש 464 מגעי אותות אשר מספקים 160 זוגות של ערוצי אותות הפרשיים מהירים. למעגלי 3U יש 280 מגעי אותות.

צריכת הספק של עד
768 וואט
אמנם נצילות אנרגיה ממלאת תפקיד חשוב כיום, אולם יכולת גבוהה יותר מספקת ביטחון. VPX הותאם ליכולת העברה מרבית: ב–5 וולט הוא מאפשר צריכת הספק של 115 וואט, ב–12 וולט – עד 384 וואט ובמתח אספקה של 48 וולט – 768 וואט.

רישות ואותו דרך לוח האם
הרישות המתבצע דרך לוח האם גמיש ביותר. הוא מאפשר ליצור רשת כוכב או כוכב כפול או רשת סריג מלאה לעמידות מפני תקלות והעברת אותות ביתירות. איור 1 מופיעה הצעה לרישות סריג במערכת 3U. מפרטי 46.2 ו–46.7 של VPX מגדירים את הסוגים האפשריים של אותות הנתונים הטוריים.
בנוסף, VITA 46.10 מגדיר מודולי העברה שנוגעים בשטח חדש לחלוטין של יישומים עבור מערכות VPX קומפקטיות בגודל 3U. מעתה, אפשר לממש שימוש נרחב בכניסות וביציאות דרך החלק האחורי של המערכות במקום להיות מוגבל על ידי המרחב האפשרי בחזית. באופן כזה אפשר לממש יישומים עשירים בהתקנים היקפיים בעזרת מערכות COTS מהירות ועמידות ביותר. אפשרות זו חשובה גם ליישומים של מרכזיות, אשר בהן ההתקנים ההיקפיים מחוברים מאחור וממשק המשתמש מחובר בחזית. יישומי בדיקות ומדידות ייהנו אף הם מאפשרות זו.

תפישה בת תוקף מבחינה מכנית
מבחינה מכנית, תקן VPX החדש ממלא את הדרישות הגבוהות ביותר במושגים של עמידות למאמצים מכניים, לאיכול (קורוזיה) ואי רגישות לכיפוף או להכנסה לא נכונה של מעגלים. מבחינת מארז המערכת, VPX תואם ל–VME. אם כי יש בכך יתרון, מאחר שמבחינה מכנית אין במערכות אלו רכיב שלא נעשה בו שימוש בעשרות השנים שחלפו, וכתוצאה מכך, אפשר לייחס לרכיבים אמינות אופטימלית. עקומת למידה אינה נדרשת ואפשר להשתמש מיד בתכנון המערכת כבסטנדרט.

תחזוקה בשתי רמות עם מימוש REDI
המומחים כבר הכירו בעובדה שהמחבר החדש לא הופך את המעגל ליחידה המתאימה להחלפה בשטח. אך גם זו לא הייתה הכוונה מלכתחילה, שאם לא כן VPX היה הופך לתקן צבאי בלבד. עם יצירת המחבר החדש, הפתיחות ליישומים חדשים הובילה ליצירת תוספת לתקן, אשר מאפשרת החלפת רכיבים בודדים בשטח: REDI (מימוש תכנון מורחב ומוקשח). מימוש REDI מאפשר פיתוח תכנוני מערכות VPX עם תחזוקה בשתי רמות, עם מעגלי VPX בודדים שניתנים להחלפה בשטח. REDI מגדיר מפרט של תכנוני מערכות עמידות ביותר עם קירור באוויר, בהולכה או בנוזל. בנוסף הוא מגדיר כיסויים נוספים למעגלים שמגינים עליהם מפני השפעות הסביבה החיצונית. תכנוני מערכות תואמי REDI נבדלים ממערכות VPX מסורתיות במרווחים הגדולים יותר הנובעים מאמצעי ההקשחה הנוספים.

מסקנות
VITA, עם מבחר המחברים שלה, יצרה פרוייקט לדוגמה. תקן טכנולוגי חדש לחלוטין זמין לשימוש במארגים הממותגים הטוריים והמודולריים, אשר עומדים בדרישות העמידות להפרעות EMC החמורות ביותר, מציעים את שלמות האותות הטובה ביותר, וכתוצאה מהעובדה שהתפישה שלהם כבר נוסתה מבחינה מכנית, אין להם בעיות ילדות. כל זאת הופך את VPX לתקן של העתיד עבור יישומי מחשוב עמידים ומשובצים שאמורים לעמוד בדרישות זמינות, תחזוקה אידיאלית וקיבולת נתונים דרך לוח אם בביצועים גבוהים ביותר. תכונות אלו גורמות ליצרנים רבים של טכנולוגיית מחשבים משובצים להשקיע במערכות בתקן זה. כך גם בחברת Kontron: מייד אחרי הופעת תקן VPX, החברה הכריזה על שני מעגלי יע”מ (CPU) חדשים בתקן VPX במבנה 3U – VX3020 של Kontron עם מעבד Core2 Duo של Intel
ו–VX3230 המותאם לעלות של Kontron המבוסס על מעבד PowerPC ל–32 סיביות MPC8544 של Freescale. עם ההשקה של מעגל VX3020 הרב שימושי בתקן VPX לעיבוד מתקדם ו–VX3230 של Kontron למשימות ייעודיות של עיבוד נתונים בחסכון רב בהספק, חברת Kontron תומכת בטווח רחב במיוחד של יישומים חדשים שלהם נדרשת עמידות ברמה גבוהה ורוחבי פס גדולים. שני מעגלי היע”מ בתקן VPX מסופקים גם בגרסאות מוקשחות עם קירור בהולכה (RC) אשר עומדות בתקן VITA 47 ומאפשרות פעולה בטווח טמפרטורות מורחב של –45 עד +85 מעלות צלזיוס. עתה, כבר אפשר להזמין מערכות VPX מלאות מחברת Kontron, עובדה המאפשרת למהנדסים להתחיל בביצוע הערכה של המערכות החדשות שלהם. קיימות גם אפשרויות לפיתוח וייצור של פתרונות ייעודיים ללקוחות (ODMS). חברת Kontron תרחיב צעד אחר צעד את ההיצע של טווח מוצרי VPX במגזרי שוק כדוגמת CompactPCI ו–MicroTAC.