模块化硬件平台需要权衡

介绍

模块化硬件平台通常是背板、电源、散热子系统和功能板等硬件的集合，可以通过不同的方式组装并重复使用以满足不同的需求。模块化硬件平台可以是专有的，也可以基于可互操作的符合标准的生态系统。使用模块化硬件平台可以大大改善复杂系统的开发费用、上市时间、质量、通用性和风险。

考虑一家提供全面服务的计算机网络基础设施供应商。他们可能拥有一系列服务器、存储引擎、路由器、交换机、光学和无线通信设备以及各种网络设备。如果这些产品线中的每一个都需要对其自己的背板、机箱、电源、冷却装置、处理器板、存储板和 I/O 板进行设计和供应链管理，那么该公司可能有数百种不同的设计需要管理. 然而，如果他们能够使用通用的模块化平台方法，他们可能只需要开发几个机箱/背板组合、几个电源和冷却选项、一些板类型和通用平台软件即可覆盖同一市场. 通过使用基于标准的模块化平台，他们可能能够从第三方供应商的生态系统中为这些模块化元素中的许多元素购买可互操作的解决方案，从而使他们能够仅专注于使他们的产品与众不同的开发的特定部分，而让更大的供应商生态系统担心商品元素和永无止境的更新。让我们看看用于模块化平台的一些权衡和技术。

先进的电信计算架构

您选择的平台是什么？我将重点介绍高级电信计算架构，也称为 AdvancedTCA 或 ATCA，由 PICMG 标准化（类似的基于标准的平台包括 VME、VPX、CPCI、MicroTCA 和开放计算项目）。AdvancedTCA 基于带有背板的多插槽机箱，该背板互连多个电路板和后部转换模块。一个典型的机箱有 14 个插槽，但最多支持 16 个。每个插槽在前面接受一块大电路板，在后面接受一个后转换模块（通常用于 I/O 扩展或容纳存储）。大型 48V 电源子系统和高流量风扇托架允许功耗高达每插槽 400W，这足以满足四路计算服务器、大型路由器和高性能加速器板的需求。高速背板互连并为电路板提供服务。有两种主要的背板拓扑可供选择：双星形和网状。在双星配置中，两个插槽包含充当星形网络中央集线器的结构板。两块光纤板支持容错，因此一块光纤板上的单点故障仍应保留通过冗余板的流量并允许系统继续运行。背板的第二个选项是全网状，其中每个板插槽都有通往所有其他板的专用路径。网状选项对于路由器、分析和超级计算机应用特别有价值。因此，一个结构板上的单点故障仍应保留通过冗余板的流量并允许系统继续运行。背板的第二个选项是全网状，其中每个板插槽都有通往所有其他板的专用路径。网状选项对于路由器、分析和超级计算机应用特别有价值。因此，一个结构板上的单点故障仍应保留通过冗余板的流量并允许系统继续运行。背板的第二个选项是全网状，其中每个板插槽都有通往所有其他板的专用路径。网状选项对于路由器、分析和超级计算机应用特别有价值。

配置模块化平台

要配置模块化平台，应用程序的要求被划分为适合多个电路板的功能。因此，例如，一个边缘计算和分析设备可能有一些处理器板、一些加速器板、两个存储板、用于无线和有线/光纤接口的 I/O 板，以及结构板（一个或两个取决于如果需要高可靠性）。这些由机箱和背板支持。冷却子系统通常由风扇托架和传感器组成，可确保电路板保持凉爽。由一个或多个电源和配电单元组成的电源系统将来自交流电源或电池组的输入能量转换为电路板所需的电压。系统管理基础设施作为盒子的“自主神经系统”，管理电源和冷却子系统，监控电路板，管理启动和软件更新，并向更高级别的网络管理报告任何警报或异常情况。总而言之，这种类型的模块化平台可以配置以满足各种要求。

平台软件也是一个重要的考虑因素。许多低级功能与操作系统、虚拟化基础设施、功能编排、共享数据库、通用协议栈和系统管理相关联。如果把这些功能也看做一个通用的平台，这个软件就可以一次编写，作为多平台应用的软件基础设施。然后，设计人员使用运行在通用软件平台之上的专用软件来添加产品或用户特定的功能，并对整个系统进行测试和现场部署。

通用模块化平台

在通用平台的应用方面存在优势。通用平台通常不完全符合所有系统要求。但通常可以找到符合95%标准的平台，如果这意味着实现通用平台的好处，那么可以使用或定制这些小差异。第一次构建用于多个应用程序的平台时，通常需要比单次使用自定义设计更长的时间和成本（因为需要努力规划对未来应用程序的适用性）。但是，第二次和后续使用相同的平台资产将节省大量时间和开发预算，因为平台资产可以重复使用，而不是重新开发。

还有一些与平台供应链战略相关的权衡取舍。有时，在内部构建通用平台元素是有意义的，尤其是在预期数量很高或它们包含某些专有技术的情况下。但是，通常情况下，寻求供应商生态系统来提供部分或全部平台元素是有意义的，并且开发团队承担的更多是集成而不是主要设计角色。这种方法让您可以比较多个供应商的产品，并为生态系统提供的每个元素选择最符合您要求的产品。

结论

基于标准的通用平台可以为您节省时间和金钱，并提高产品的可靠性和功能丰富性。

CHARLES C. BYERS 是工业互联网联盟的副首席技术官，现在加入了 OpenFog。他致力于边缘雾计算系统、通用平台、媒体处理系统和物联网的架构和实施。此前，他是思科的首席工程师和平台架构师，以及阿尔卡特朗讯的贝尔实验室研究员。在电信网络行业的三十年中，他在语音交换、宽带接入、融合网络、VoIP、多媒体、视频、模块化平台、边缘雾计算和物联网等领域做出了重大贡献。他还是多个标准机构的领导者，包括担任工业互联网联盟和 OpenFog 联盟的首席技术官，并且是 PICMG 的 AdvancedTCA、AdvancedMC、

Byers 先生在威斯康星大学麦迪逊分校获得电气和计算机工程学士学位以及电气工程硕士学位。在业余时间，他喜欢旅行、烹饪、骑自行车和在他的工作室里修修补补。他拥有 80 多项美国专利。

审核编辑 黄宇