Advanced TCA для построения систем в оборонной и аэрокосмической отраслях

Многие задачи обороны и безопасности требуют использования высокопроизводительных встраиваемых процессоров серверной архитектуры. Обсчёт данных от радаров, сервер шифрования/дешифрования, системы помощи в принятии решений на основе анализа графической информации в режиме реального времени, автоматизация ситуационного центра – вот неполный перечень задач, которые можно успешно решать с помощью систем, построенных на базе модульных платформ стандарта ATCA.

Ключевой элемент технологии ATCA – высокая пропускная способность интерконнектов обмена данными между модулями системы, обеспечивающая в настоящее время пересылку информации на скорости до 40 Гбит/с. При этом архитектура межмодульного интерконнекта позволяет установить полную сеть с одновременным взаимодействием любых модулей друг с другом без потери скорости внутри шасси либо использовать встроенные коммутаторы. Спецификация АТСА поддерживает различные типы интерконнектов, однако на практике распространение получил только один – Ethernet, который реализован в виде 1-, 10- и 40-гигабитных каналов обмена информацией между модулями и соответствующими встраиваемыми коммутаторами. Обязательное условие стандарта ATCA – наличие как минимум двух дублированных интерконнектов: базового, предназначенного для обмена данными в процессе выполнения задачи, и общего пользования, предназначенного для постановки задачи и получения результата. На практике это представлено в виде двух каналов 10/40 Gigabit Ethernet и двух каналов 1 Gigabit Ethernet, реализованных на каждом модуле ATCA. АТСА-шасси выпускаются для установки в стандартную 19" или 600-мм стойку и подразделяются на горизонтальные (для горизонтального расположения модулей-«лезвий») и вертикальные. Ёмкость шасси при го­ризонтальном исполнении, как правило, находится в пределах от 2 до 6 модулей полезной нагрузки, в то время как вертикальные шасси высотой 13U способны вместить от 14 до 16 модулей-«лезвий» полезной нагрузки (рис. 1). Высокая работоспособность является ключевой характеристикой ATCA и означает гарантированное обеспечение «горячей» замены охлаждающих вентиляторов, блоков питания, блоков интеллектуального управления шасси и модулей-«лезвий» полезной нагрузки в зависимости от конфигурации системы.

ATCA-модули полезной нагрузки

С точки зрения процессорной мощности, платформа АТСА ограничена 350 Вт – максимальной тепловой нагрузкой на модуль-«лезвие» при воздушном охлаждении шасси в полной компоновке. Это в 5 раз больше, чем для систем 6U CompactPCI или VME. В то же время размер платы ATCA 280×322,25 мм позволяет разместить несколько многоядерных процессоров с большим объёмом высокоскоростной динамической памяти и необходимой периферии. Например, на модулях ATCA-7365 (рис. 2), производимых компанией Emerson, могут быть установлены два 6-ядерных процессора Intel Xeon 5645 2,4 ГГц и 96 Гбайт оперативной памяти DDR3. Высокая вычислительная мощность модулей-«лезвий» ATCA открывает новые возможности по использованию их не только для работы в «тяжёлых» приложениях, но и для решения традиционных прикладных задач в оборонной промышленности. Мощность одного модуля-«лезвия» может составлять около 250 Гфлопс, а мощность 19" шасси при полной набивке – порядка 3 Тфлопс, что вполне достаточно для решения задач Фурье-преобразований сигналов современных радарных комплексов в режиме реального времени. Современные серверные платформы также обладают необходимыми характеристиками для использования в коммуникационных системах. Высокая скорость обмена данными «процессор–память» порядка 50 Гбайт/с – залог успеха во многих задачах с высокой коммуникационной нагрузкой, таких как обработка тактического видео в реальном времени, шифрование/дешифрование потока и другие приложения. Современные АТСА-платформы поддерживают множественные варианты организации подсистемы хранения. Локальное хранение может быть организовано с помощью дисков, располагаемых на самом модуле-«лезвии» ATCA (RAID-массив), или с применением внешних систем хранения NAS (network-attached storage). Существует большое многообразие АТСА-модулей по типам. Модули-«лезвия» АТСА подразделяются на процессорные, содержащие те или иные процессоры архитектур х86 (Intel, AMD), DSP, RISK (Cavium Network и др.) и предназначенные для решения основной задачи либо для сопроцессинга, коммутаторы Ethernet, ATCA-носители модулей расширения AMC и модули АТСА для ввода-вывода специализированных сигналов, если таковые требуются.

Условия эксплуатации

В отличие от стоечных серверов, предназначенных для эксплуатации при температурах до +35…+40 °С, модули ATCA работоспособны вплоть до +55 °С. Стойкость решений на базе стандарта АТСА к вибрации была проверена на практике одним из американских подрядчиков министерства обороны США, который провёл стандартный­ военный тест, известный как тест на устойчивость к детонации «Class A barge testing». В рамках этих испытаний заряд взрывчатого вещества детонировал под днищем плавающей платформы с установленными системами АТСА компании Emerson и стоечными серверами корпоративного класса. Результатом испытаний явилось заключение о том, что системы АТСА-платформы работают устойчиво при воздействиях такого рода, в то время как стоечные серверы вышли из строя. Данные испытания подтвердили явные преимущества ATCA-платформы при решении задач военно-морского флота и дали основание для внедрения этой платформы в других сегментах национальной обороны тактического и стратегического назначения.

На земле, в небесах и на море…

ATCA как платформа обладает уникальным набором технических качеств, требуемых в современных оборонных и аэрокосмических отраслях, и имеет пять ключевых преимуществ, в сравнении с традиционными стоечными серверами: 1) высокие вычислительные и коммутационные способности, эквивалентные этим показателям стоечных серверов;  2) высокая работоспособность (до «пяти девяток» – недостижимый уровень при использовании стоечных серверов); 3) повышенная стойкость к факторам внешней среды; 4) более высокая компактность и меньший вес; 5) долгосрочный цикл поставки (обычно 5–7 лет), глубокая пред- и послепродажная поддержка со стороны разработчиков систем.

Компания Emerson, чьи изделия использованы в данной статье для иллюстрации, была одним из инициаторов зарождения стандарта ATCA. Сегодня эта компания вносит основной вклад в развитие спецификации ATCA и расширение её возможностей как ключевой модульной платформы не только для телекоммуникационных приложений.  Какие бы задачи ни были поставлены перед системами АТСА, как в вычислительной, так и в коммуникационной сферах, соответствующие шасси, программные и аппаратные компоненты от специализированных производителей и, прежде всего, от одного из инициаторов стандарта АТСА – компании Emerson – помогут справиться с ними.

Заказать модульные платформы стандарта ATCA можно у официального дистрибьютора продукции Emerson – компании ПРОСОФТ.

Тел.: +7 (495) 234-06-36. Факс: +7 (495) 234-06-40
E-mail: info@prosoft.ru, http://www.prosoft.ru

Партнеры