微型电信运算架构(MicroTCA)系统的提出带来了一个理念，那就是先进夹层卡(AMC)不但可以为电信运算架构(ATCA)刀片服务器提供扩展接口，而且它们还可以直接插到无源背板中，并通过MicroTCA承载板汇集器(MCH)彼此通讯。小型化通常意味着更具有成本效益，因此MicroTCA系统显然将比ATCA系统更节省成本。由于ATCA系统的模块化要求，MicroTCA系统所必需的辅助性模块(例如电源模块、具有机架管理功能的交换模块等)必须去掉，以缩减尺寸，适应AMC模块的尺寸要求(形状因子)。此外，与目前ATCA的使用情况相比，MicroTCA需要更多不同类型的机箱。

    除了机箱自身的架构外，基于PCI Express、千兆以太网或SRIO等不同标准的背板协议，以及点对点、星型、双星型结构等背板拓扑都对背板的设计有决定性意义。正是由于现在这些复杂多变的需求，不同MicroTCA系统的价格将不可避免地有很大差别。

表1：ATCA系统和MicroTCA系统必需组件的简单对比。

    表中简要对比了ATCA系统和MicroTCA系统的必要组成部分。仔细比较MicroTCA与ATCA系统中AMC卡的连接器分布可知，两者的实际结构明显不同，这种差异对MicroTCA系统所需的背板和MCH而言非常重要。设计工程师必须根据需求决定采用哪种系统架构，是简单非冗余、部份冗余还是全冗余？

    此外，MicroTCA系统的散热设计也与ATCA系统不同。MCH结构、电源模块，以及通过影响空气阻力来影响散热性能的机械结构都是不可忽视的。

    今天的MicroTCA市场已经划分为两大应用领域。电信领域的应用基于千兆以太网背板协议，而利基市场的应用则采用SRIO协议。另一方面，那些来自服务器领域的客户仍将采用基于PCI Express协议的产品。由于只有一个PCI Express根联合体(Root complex)，此时无需考虑用2个MCH构建冗余系统这样的问题。对采用星型网络的简单背板设计来说，一个MCH、一套AMC连接器、一个风扇单元和电源模块就足够了。这将使得未来开发和构建基于MicroTCA的模块化服务器成为可能。在基于MicroTCA的服务器中引入具有电信I/O接口的AMC，使得这种类型的服务器在电信领域具有更广阔的应用前景。更多的冗余需求则可以通过备份或备用服务器的中间件快速而有效地实现。

图1：单立方体MicroTCA系统产品图

    对于要求全冗余系统的传统电信应用，用MicroTCA系统来实现会略有困难。冗余设计会增加成本，设计一个支持2至4个电源模块、2个MCH(每个MCH带有680个引脚)以及多达12个AMC和2个风扇单元的背板，所需的费用不可小视，因此需要认真考虑背板的总层数和允许的最大厚度。如果系统采用在公共端口(端口0、1)和粗管道区域(端口4-7或8-11)支持千兆以太网并具有机箱管理功能的MCH、智能电源模块，以及符合NEBS标准的带有2个风扇单元的机箱，那么系统的成本将迅速提高。如果客户坚持所有这些要求，则必须针对特定应用来构建和优化机箱及背板，以降低成本。

    以上关于MicroTCA系统的基本考虑事项已经证明，构建业界首个MicroTCA系统非常困难，因为必须始终满足所有客户的全部需求。假设设计工程师进行不同的工程设计，需求有很大不同，那么支持MicroTCA市场最好的方式，是提供一个可用的基本系统。利用这个系统，首批应用可已被移植到MicroTCA架构，并可以被测试以及正常工作。这个基本系统已经反映了一定的应用需求。

    那么，这个系统将用在什么地方？由谁来使用它？应该支持哪些背板协议？应该支持哪些种类的AMC尺寸规格？需要消耗多少功率？电源模块的有效功率是多少？只有明确了这些问题以及其它一些细节问题，并仔细研究实际需求和需求之间的内部关系，才能设计出成本优化、高度灵活并可支持市面上众多AMC卡的系统。

详细的技术要求

    “半高单宽(single compact)”和“全高单宽(single full size)”尺寸规格目前被大多数的AMC卡采用。 “全高双宽(Double full size)”规格的AMC卡则被批准为双双核(DualDual Core)处理器卡和网络处理器卡(NP)的规格，因此同样要在系统设计中支持这种规格。

    市场分析显示，目前市面上的大多数AMC卡都可在公共区域支持千兆以太网协议和/或在粗管道区支持PCI Express协议, 这对开发首款带有MCH(AMC.2 type E和AMC.1 type 4)的背板有决定性的影响。因为根据MicroTCA规范，系统可以支持多达12个AMC卡，所以机箱也应该满足这个要求。此外，它还必须支持SAS/SATA AMC卡，从而在缺少现有MCH的情况下分别支持SAS/SATA交换功能。最大电源消耗、19英寸机架尺寸以及散热所需的气流等都是在机箱设计中需进一步考虑的因素。

图2：带有两个独立系统的MicroTCA系统

    由于冗余方案总是会变化，而且用户需求要求设计工程师必须实现MicroTCA系统的复用，所以最终决定是设计一个立方体的机箱，将两个电气特性彼此独立的立方体机箱组合在一个标准的19英寸机架式机箱内。

    我们根据以前设计ATCA系统的经验，设计了一个散热功能优化的MicroTCA机箱，它的技术要求有：支持多达12个AMC卡；支持半高单宽、全高单宽以及全高双宽规格的AMC卡；支持1个MCH(AMC.2 E2和/或AMC.1 type 4)支持2个PM(每个300W)；支持SATA(点对点、端口对端口映射)(AMC.3)；带有1个或2个风扇单元；支持JTAG；将两个机箱组合在19英寸机架上；高度<7U；散热设计适用于多种背板(MCH、电源模块的定位，每个槽的功率为40W)。

    在设计的早期阶段，来自不同公司的结构和背板设计工程师、应用工程师、通风专家等一起携手工作，发现大部分ATCA上的设计经验在此无法继续沿用。因此，为实现设计目标，必须探索一些全新的方法，其中板卡定位、背板布线和散热是重点。

本文小结

    最新的AMC规范修正版(AMC.0、AMC.2)将再次影响MicroTCA系统的通风设计(尤其是对中等尺寸规格的系统来说)，而背板也需作适当更改，以满足MicroTCA连接器的空间要求。这种新的AMC规格还将改变AMC卡的机械结构。

    千兆以太网通道的最新端口映射(粗管道区域，从端口4-7到端口8-11)同样使基于不同协议的各种背板成为必需。MicroTCA并不是仅仅是小型化的ATCA。MCH模块具有680个引脚和很多高级的特性，并且还将首次提供带有智能平台管理接口(IPMI)的电源模块。除了板卡的实际功能外，IPMI及不同版本之间的互操作性还需做出更多改进，这样，MicroTCA组件才可以称得上真正“即插即用”。防震动和冲击的要求也将改变连接器(MicroTCA、MCH plug)的设计。此外，还必须尽早研究万兆以太网和XAUI协议，这些高速协议使得设计背板和连接器要花费更多精力，这也将再次影响各种AMC组件的构建。

    不过，所有这些都是任何新生技术通常会碰到的暂时困难，最终会将找到解决方法的。事实将证明，MicroTCA是同时适用于专业服务器和电信应用领域的一种技术。许多非电信领域的用户已经在等待将已有的经验尽快应用到他们自己的领域中，以便从MicroTCA架构中受益。