Plataformas modulares de hardware exigem compensações - Embarcados
Arquitetura Computacional de Telecom Avançada
Configurando uma plataforma modular
Plataformas modulares comuns
As plataformas modulares de hardware geralmente são blocos de hardware, como painéis traseiros, fontes de alimentação, subsistemas de resfriamento e placas de aplicação, que podem ser montados de diferentes maneiras e reutilizados para atender a diferentes requisitos. As plataformas modulares de hardware podem ser proprietárias ou baseadas em um ecossistema compatível com padrões interoperáveis. O uso de plataformas modulares de hardware pode melhorar muito as despesas de desenvolvimento, tempo de entrada no mercado, qualidade, versatilidade e risco de sistemas complexos.
Considere um fornecedor full-service de infraestrutura de rede de computadores. Eles podem ter famílias de servidores, mecanismos de armazenamento, roteadores, switches, dispositivos de comunicação ótica e sem fio e vários dispositivos de rede. Se cada uma dessas linhas de produtos exigisse o projeto e o gerenciamento da cadeia de suprimentos para seus próprios conjuntos de painéis traseiros, chassis, fontes de alimentação, unidades de resfriamento, placas de processador, placas de armazenamento e placas de entradas e saídas, essa empresa poderia ter centenas de projetos diferentes para gerenciar.
Se eles pudessem usar a abordagem de plataforma modular, no entanto, eles precisariam desenvolver apenas algumas combinações de chassi/backplane, algumas opções de energia e refrigeração, um punhado de tipos de placas e software de plataforma comum para cobrir o mesmo mercado. Ao usar uma plataforma modular que segue padrões, eles podem ser capazes de comprar soluções interoperáveis ​​para muitos desses elementos modulares de um ecossistema de fornecedores terceirizados, permitindo que se concentrem apenas nas partes específicas do desenvolvimento que diferenciam seus produtos, e deixe o ecossistema de fornecedores maior se preocupar com os elementos de commodities e atualizações sem fim. Vejamos algumas das compensações e técnicas usadas para modularizar plataformas.
Qual é a sua plataforma preferida? Vou me concentrar na Arquitetura de Computação de Telecom Avançada, também conhecida como AdvancedTCA ou ATCA, padronizada por PICMG (plataformas baseadas em padrões semelhantes incluem VME, VPX, CPCI, MicroTCA e o Open Compute Project). AdvancedTCA é baseado em um chassi de vários slots com um painel traseiro que interconecta várias placas de circuito e módulos de transição traseiros. Um chassi típico possui 14 slots, embora até 16 sejam suportados. Cada slot aceita uma grande placa de circuito na parte frontal e um módulo de transição traseiro na parte traseira (geralmente usado para expansão de entradas e saídas ou para armazenamento).
Grandes subsistemas de energia de 48 V e bandejas de ventilador de alto fluxo permitem dissipação de energia de até 400 W por slot, o que é adequado para servidores de computação de quatro soquetes, grandes roteadores e placas aceleradoras de alto desempenho. Um backplane de alta velocidade se conecta e atende as placas. Duas topologias de backplane primárias estão disponíveis: estrela dupla e malha. Em uma configuração estrela dupla, dois slots contêm placas que atuam como hubs centrais em redes estrela. Duas placas permitem tolerância a falhas, portanto, um único ponto de falha em uma placa deve ainda preservar o tráfego através da placa redundante e permitir que o sistema continue operando. A segunda opção para backplanes é full mesh, onde cada slot de placa tem caminhos dedicados para todas as outras placas. A opção de malha é especialmente valiosa para roteadores, análises e aplicações de supercomputador.
Para configurar uma plataforma modular, os requisitos da aplicação são divididos em funções que se encaixam em uma série de placas. Assim, por exemplo, um dispositivo de computação e análise de ponta pode conter diversas placas de processador, algumas placas de aceleração, duas placas de memórias, placas de entrada e saída para interfaces sem fio e wireline / fibra e placas de malha (uma ou duas dependendo de se for necessária alta confiabilidade). Eles são suportados por um chassi e um painel traseiro. Um subsistema de resfriamento, geralmente consistindo de uma bandeja de ventilador e sensores, garante que as placas permaneçam frias.
Um sistema de energia que consiste em uma ou mais fontes de alimentação e unidades de distribuição de energia convertem a energia de entrada da rede elétrica CA ou de uma bateria para as tensões necessárias às placas. Uma infraestrutura de gerenciamento de sistema atua como o "sistema nervoso autônomo" da caixa, gerenciando os subsistemas de energia e resfriamento, monitorando as placas, gerenciando inicialização e atualizações de software e relatando quaisquer alarmes ou condições anormais ao gerenciamento de rede de ordem superior. Em conjunto, esse tipo de plataforma modular pode ser configurado para atender a uma gama de requisitos.
O software da plataforma também é uma consideração importante. Muitas funções de baixo nível estão associadas ao sistema operacional, infraestrutura de virtualização, orquestração de funções, bancos de dados compartilhados, pilhas de protocolos comuns e gerenciamento de sistema. Se essas funções também forem tratadas como uma plataforma comum, este software pode ser escrito uma vez e usado como a infraestrutura de software para aplicações múltiplas. Em seguida, o desenvolvedor usa o software específico do aplicativo que é executado em cima da plataforma de software comum para adicionar o produto ou funções específicas do usuário, e todo o sistema é testado e implantado em campo.
Existem vantagens quando se trata da aplicação de plataformas modulares comuns. As plataformas comuns geralmente não são 100% compatíveis com todos os requisitos do sistema. Mas muitas vezes encontramos plataformas que são 95% compatíveis e podemos conviver com essas pequenas diferenças, ou podem ser personalizadas se isso significar alcançar os benefícios das plataformas comuns. A primeira vez que uma plataforma é construída para ser usada em várias aplicações, muitas vezes leva um pouco mais de tempo e custa um pouco mais do que um projeto personalizado de uso único custaria (devido ao esforço necessário para planejar a aplicabilidade em aplicações futuras) . Porém, o segundo e subsequente uso dos mesmos ativos da plataforma economizará muito tempo e orçamento de desenvolvimento, porque os ativos da plataforma podem ser reutilizados, e não redesenvolvidos.
Existem também algumas compensações associadas à estratégia da cadeia de fornecimento da plataforma. Às vezes, faz sentido criar elementos de plataforma comuns internamente, especialmente se os volumes previstos forem altos ou se eles incorporarem algumas tecnologias proprietárias. Mas, com mais frequência, faz sentido olhar para um ecossistema de fornecedor para fornecer alguns ou todos os elementos da plataforma, e a equipe de desenvolvimento assume mais uma função de integração do que de projeto principal. Essa abordagem permite que você compare os produtos de vários fornecedores e escolha as melhores correspondências para seus requisitos para cada elemento que o ecossistema oferece.
As plataformas modulares baseadas em padrões podem economizar tempo e dinheiro e melhorar a confiabilidade e a riqueza de recursos de seus produtos.
Artigo escrito originalmente por Charles Byers para Mouser Electronics: Modular Hardware Platforms Require Tradeoffs