Introduction aux chassis MicroTCA

Le standard de chassis microTCA ‘’Micro Telecommunications Computing Architecture’’ est une architecture embarquée, souple et robuste. Elle est conçue comme une structure complémentaire du standard ATCA ‘’Advanced Telecommunications Computing Architecture’’ bien connu dans le monde des télécoms. Elle combine une large bande passante basée sur des interfaces séries multi-Gb Ethernet. Sa modularité, son extrême puissance de traitement de données et sa grande fiabilité ont fait naitre un intérêt dans d’autres domaines. C’est le cas du militaire, du contrôle industriel, de l’avionique, de la physique des accélérateurs ou encore de l’acquisition de données. Les premières spécifications microTCA comme ‘’standard ouvert’’ ont été écrites en 2006 par le groupement d’industriels PICMG ‘’PCI Indutrial Computer Manufacturer Group’’.

Composition d’un chassis MicroTCA

Un système de chassis microTCA est composé de plusieurs étages ou chassis ‘’Shelves’’. Chaque étage comprend plusieurs supports ‘’Carriers’’. Chaque support intègre jusqu’à 12 cartes AMC ‘’Advanced Mezzanine Cards’’. Tous ces ensembles sont interconnectés. A ces différents blocs s’ajoutent des modules de puissances ‘’Power Modules’’ en redondance ou en partage de courant. Il y a une ou deux unités de refroidissement ‘’Cooling Units’’ également en redondance . Il y a les ressources mécaniques (Subrack, backplane, guides d’alignement des cartes, interfaces EMC / ESD, etc) pour les maintenir et les rendre fonctionnelles. L’ensemble ainsi constitué est piloté par des électroniques de gestion appelées ‘’Shelf Manager’’ et ‘’Carrier Manager’’.

Les cartes AMC

  • Les cartes AMC sont les éléments principaux d’un chassis microTCA. Elles fournissent des fonctions diverses et utiles. Parmi ces cartes mezzanines nous trouvons des cartes à base de processeurs (CPU, FPGA, etc) exécutant des fonctions de calcul et de traitement de taches complexes. On découvre aussi des cartes de traitement de signaux (DSP), des cartes de conversion analogique – numérique (ADC), des cartes mémoire pour le stockage de données. On y trouve aussi des cartes de gestions de signaux électroniques entrées / sorties (I/O), des cartes de liaison optiques, etc. Le standard microTCA supporte plusieurs tailles mécaniques de cartes AMC. Du format simple hauteur / simple largeur au format double hauteur / double largeur. Par exemple, un format double largeur AMC peut-être remplacé par 2 formats simple largeur AMC avec le même facteur de forme ‘’Form Factor’’. Les cartes AMC possèdent un contrôleur ‘’Module Management Controller’’ (MMC).

Les modules de puissance

  • Les modules de puissance s’alimentent sur secteur et délivrent des tensions DC à destination des cartes AMC. Le standard microTCA spécifie une tension ‘’Payload’’ de + 12 VDC pour apporter la puissance utile aux cartes AMC. Il définit une tension de + 3,3 V servant à la gestion de la puissance distribuée. Cette gestion est assurée par une logique qui séquence, supervise et protège les fonctions électroniques des cartes AMC. Les modules de puissance sont dotés d’intelligence capable de détecter si une carte AMC est nouvellement insérée ou extraite. Ce mode est qualifié de ‘’hot-swap’’ et pour se faire, les modules de puissance disposent d’un contrôleur de gestion appelé ‘’Enhanced Module Management Controller’’ (EMMC). Les modules de puissance sont eux-mêmes ‘’hot-swappable’’.

Les Fan Tray

  • Les unités de refroidissement ‘’fan tray’’ sont essentielles pour extraire l’accumulation de chaleur dans les cartes AMC. Ils sont pourvus d’une intelligence embarquée et délivrent des flux d’air variables grâce à des ventilateurs dont les vitesses s’adaptent à la chaleur à dissiper. Tout comme pour les modules de puissance, les unités de refroidissement sont équipées d’un contrôleur EMMC et fonctionnent avec le mode ‘’hot-swap’’.

Interconnexions entre les modules

Dans ce schéma, l’infrastructure principale qui gère les interconnexions entre les modules AMC, les modules de puissance et les unités de ventilation s’appelle le ‘’MicroTCA Carrier Hub’’ (MCH). Celui-ci est équipé d’un contrôleur ‘’MicroTCA Carrier Management Controller’’ (MCMC) avec une interface appelée IPMI ‘’Intelligent Platform Management Bus’’. Celle-ci est composée des bus IPMB-L et IMPB-0 (bus d’adressage géographique, clock, etc). Le bus IPMB-L assure la communication entre le MCH et les cartes AMC, le bus IMPB-0 assure la liaison entre le MCH, les modules de puissance et les unités de ventilation.

Etant donné que les MCH représentent un point crucial dans un système Micro TCA – où toute panne pourrait bloquer l’ensemble du système – il est possible de le dédoubler. Ceci grâce à une configuration redondante comprenant une paire de MCH. Son format mécanique est identique à celui d’une carte AMC.

Les autres éléments qui composent un système microTCA : https://www.picmg.org/openstandards/microtca/

Fort de son expérience en électronique de puissance, la société W-IE-NE-R Plein & Baus, a développé un module de puissance microTCA.4 pour chassis microTCA https://www.picmg.org/spec-product/1000w-mtca-4-power-supply/.

La société W-IE-NE-R Plein & Baus est membre du groupement PICMG.

Alimentation de puissance MicroTCA.4

Chassis MicroTCA avec alimentation de puissance WIENER MicroTCA.4

Le standard MicroTCA.0, qui définit le facteur de forme des cartes AMC, est classé selon 2 dimensions principales. La largeur et la hauteur. En effet, un module peut être de simple largeur et occupe alors 1 slot (74 mm). Un module double largeur occupe 2 slots en supprimant un guide de carte (150 mm). De même une hauteur simple module fait environ 74 mm. Une hauteur double module mesure 150 mm. La profondeur est elle standardisée avec environ 181 mm.

A l’origine, le standard MicroTCA.0 (spécification de base pour les microarchitectures de types ATCA) réunissait les éléments qui composent un système MicroTCA. Son backplane, son alimentation et sa puissance délivrée, le type de ventilation, le mode de contrôle, etc.
Le MicroTCA .4 est une extension du MicroTCA.0. La caractéristique principale est de proposer une cage de transition arrière utilisée pour des cartes d’entrées / sorties (I/O) analogiques et numériques. Cela offre une plateforme de gestion plus précise. Cette nouvelle spécification est appelée MicroRTM ‘’Micro Rear Transition Module‘’. Elle répond à une demande provenant de la communauté des physiciens dans les domaines des accélérateurs de particules.

Le module de puissance Wiener MicroTCA.4 est un module à bas bruit et très haute densité de puissance (1000 W). Il a un facteur de forme double largeur – double hauteur qui répond aussi au standard microTCA.0. Il est capable de fournir de la puissance électrique à 12 cartes AMC ‘’Advanced Mezzanine Card‘’, 2 unités de ventilations et 2 modules contrôleurs MCH ‘’MicroTCA Carrier Hub‘’.