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乱也cPCI 成也cPCI
——cPCI标准全面解读

2004/04/13

　　我们知道，所有的刀片产品都是基于cPCI标准生产的，而基于同一标准生产又怎会产生目前市场上的数十类产品？在此，让我们看看什么是cPCI标准，以及为什么会有这么多的刀片产品。

　　何谓CompactPCI

　　CompactPCI(简称cPCI)，中文又称紧凑型PCI，是由Ziatech公司在1994年开发的一种高性能总线标准，在PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturer's Group）的大力推动下，这一标准在包括电信在内的整个工业计算机领域得以普遍应用，并随之产生了一批称之为cPCI系统的网络通信服务器。这一标准的各种版本定义的是一种基于背板连接的计算机系统和I/O系统的标准，包括物理规格、电器特性、各种通信总线、可靠性、可管理性等一系列特性。

　　cPCI的出现不仅让诸如CPU、硬盘等许多原先基于PC的技术和成熟产品能够延续应用，也由于在接口等地方做了重大改进，使得采用cPCI技术的服务器、工控电脑等拥有了高可靠性、高密度的优点。cPCI是基于PCI电气规范开发的高性能工业总线，适用于3U和6U高度的电路插板设计。cPCI电路插板从前方插入机柜，I/O数据的出口可以是前面板上的接口或者机柜的背板。

　　尽管cPCI的热插拔特性目前并不完善，但是作为一项提高可用性的电气特性也被电信设备的制造商们所重视。由于cPCI插板与背板间的连接方式是2mm长的插针与插座，即使机柜处于震动与摇摆的恶劣条件下也不易松动，在连接的可靠性方面明显优于PC标准上的PCI接口标准。PC上的PCI标准在每段总线上只能支持4个插槽，而cPCI可以支持8个。两者的扩展方法是相同的，都是通过PCI－PCI桥接电路。也就是说，cPCI系统可以通过PCI－PCI桥接电路连接多个PCI段，从而扩展到数十个插槽，这也正是采用cPCI标准的刀片系统可以高密度部署的原因所在。cPCI是为电信、计算机通信和工控等领域设计的工业总线标准，其主要特点为支持高速通信和模块化设计。由于cPCI拥有较高的带宽，它也适用于一些高速数据通信的应用，包括服务器、路由器、交换机等。

　　有业内专家认为，由于cPCI系统能够达到电信专用设备99.999％的高可用性，以及可大量采用的廉价PC部件来构建这两大“利器”，不仅可以满足电信设备的各种苛刻需求，也能极大地降低设备生产和采购成本。使用cPCI标准生产的设备比传统电信设备便宜一半以上，有些部分价格甚至不足原来产品的1/4，困扰电信运营商的降低成本调整资费的难题，可以得到有效解决，因此近年来，cPCI在全球范围内都受到了异乎寻常的重视。

　　不同版本导致的纷争

　　cPCI总线标准是建立刀片服务器的基础，它是惟一的标准，同时也是标准纷争的起源。cPCI曾经有2个主要的版本，即 cPCI 1.0和cPCI 2.0，它们在接口定义的完善程度上不尽相同。2000年和2001年的第一代刀片式服务器全部采用cPCI 1.0的标准，只使用J1插脚，背板带宽也限定在32位PCI之内，这些产品属于第一代刀片式服务器，例如RLX ServerBlade 324。

　　2002年推出的刀片服务器部分采用cPCI 2.0标准，背板支持64位PCI通信，称之为第二代刀片式服务器，例如HP Proliant Bl20p（G2）。

　　2001年9月，PICMG发布了cPCI 2.0版本的补充标准2.16，定义了cPCI Packet Switching Backplane（包交换式底板），简称cPCI/PSB。该标准在cPCI机柜背板总线中定义了一个星型拓扑的10/100/1000Mbps交换式以太网，从而可以在此基础上提供插板间的IP连接。该协议与64位cPCI、H.110并存，因为cPCI/PSB的连接插脚定义在外围插座(Peripheral slot)的J3。

　　PICMG研究这一标准的重要目的在于支持基于IP的电信应用，同时也为刀片式服务器与以太网的紧密结合提供了可以依据的工业标准。这种“背板上的以太网”支持最多21个插座，每个插座的速率为10/100/1000/2000Mbps，背板带宽高达40Gbps，支持链路层的流量控制。这一标准也从背板带宽上解决了33MHz 64位cPCI总线带宽不足的问题，服务器刀片可以利用cPCI总线外的网络带宽进行高速的外部数据I/O，包括网络存储等。

　　2001年10月，PICMG 2.14 cPCI MultiComputing Specification（多值计算规范）面世。该规范定义了在cPCI系统结构中，不同处理器平台（Pentium系列、PowerPC、MIPS、PA-RISC、IPF等）下的插板如何基于包交换进行数据通信。PICMG 2.14定义了多值计算网络的概念（MultiComputing Network，简称MCNet），使用不同处理器的插板被视为网络中的外围节点（Peripheral Nodes，简称NP）。每个MCNet还有一个系统节点（System Node，简称SN），负责控制处理器间的通信。

　　事实上，该标准使不同平台的服务器刀片分布在不同的总线分段上。PICMG 2.14规范的发布为不同处理器的服务器刀片共处同一个服务器机柜，并具有通过机柜背板的高效通信方式提供了工业标准，这也正是众多厂商宣称可以在同一Chassis上支持不同芯片平台的原因。

　　由于标准的版本不同，两代刀片式服务器之间不能完全兼容。2001年8月以前，由于从J3到J5都没有明确的插脚定义，所以通过背板使用J3、J4、J5进行网络通信、存储等I/O数据交换的刀片式服务器就会遇到互不兼容的麻烦，各厂商会有自己的定义。一些具有重要影响力的电信设备厂商更是故意采用厂商标准去定义插脚的使用方式，制造设备间的不兼容性，从而维持电信设备厂商自身的垄断地位及其高额利润。

　　尽管目前接口标准日趋完善，但是都公布不久，在产品化上还需一段时间，而且电信设备制造上仍有可能不完全采纳新标准，继续制造不兼容问题。目前为止，只有HP等少数几家声称完全按照cPCI标准设计刀片式服务器，而其他服务器厂商只是在总线和接口标准方面遵循cPCI，在刀片的尺寸上没有完全按照该标准去执行，这也是为什么我们看到不同尺寸刀片产品的原因。

　　为什么服务器厂商不能完全遵循标准呢？让我们看一下cPCI的电路板规格定义就知道原因所在了。按照cPCI的定义，电路板高度为100mm（3U）和233.35mm（6U），这一规格被部分刀片式服务器产品所遵循，然而160mm的电路板深度却难以设计一块功能齐全的服务器刀片，所以很多厂商都在电路板深度方面按照自己的标准大幅增加。这样就造就了厂商间产品规格标准的不统一，刀片与Chassis互不兼容。另外，刀片服务器如何进行集中管理和监控，目前还没有完整的标准可依，cPCI规范没有在管理方面定义一个完整方案。

　　于是各大厂商各行其道，互不兼容，而2002年IBM和Intel更是携手制定了一个自己的刀片服务器生产规范，并得到了Nortel、Nikia、Cisco、Bull等厂商的支持。而目前的主流刀片服务器厂商如IBM、HP、Sun、Dell、RLX Technologies、Egenera、Linux Networx和Nexcom等，都采用不同的物理规格来生产刀片服务器，让我们看见了市场上有3U、4U、6U、7U等高度不一的刀片底座和各自规格的刀片，导致用户采购时有些无所适从。标准的纷争是目前困扰刀片服务器市场的主要问题。

　　决定未来的PICMG 3.0

　　2001年11月，PICMG开始启动PICMG 3.0规范的设计，2002年11月完成。PICMG3.0规范又称为先进通信计算机构架（ATCA），目的是为下一代融合通信及数据网络应用提供一个高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件构架,同时以模块结构的形式呈现以支持符合现代传输需求的科技或应用。PICMG 3.0规范的辅助协议有5个，分别是已经制定完毕的以太网和光纤传输规范、InfiniBand 传输规范、星形传输规范、PCI Express传输规范，和一个正在制定中的高级结构互联与串行高速I/O传输规范。今年市场上看见的IBM BladeCenter HS40就是第三代刀片产品。

　　PCIMG辅助协议的灵活性带来了易用性，ATCA产品的整合制造商将需要更多关注热门系统平台中板卡使用的辅助协议。

　　据Ovum公司预测，全球最终用户在电信和信息服务方面的开支，将从2000年的GDP3％增长到2010年的7％。按市场价值计，十年内将从每年1万亿美元增长到每年3万亿美元。在这一总体市场下，由最终用户带给NGN（Next Generation Network）运营商的收入到2010年将增加到9000亿美元，是固定网总收入的一半。从2004年开始，下一代网络的收入趋势开始逐渐明朗。在此利好前景的驱使下，国外多家运营商已经进行了NGN网络试运营，国内运营商也正在积极进行NGN网络实验。

　　NGN的核心是软交换技术，就是将原来的交换机系统功能用软件来实现，采用一系列标准的协议，提供开放的接口，从而可以在NGN上提供丰富多样的融合业务。它需要电信级的硬件平台（99.999%的可用性）来支撑，同时又要求这些硬件平台具有开放的接口，相对低廉的价格，而cPCI系统则正好满足上述所有要求。几乎可以断定，cPCI系统将成为能同时支持语音交换（如IP电话）和数据交换（高速互联网）的NGN的主要基础平台，或者说， cPCI决定了未来几年中前端服务器的发展趋势。

PICMG版本一览

刀片插座示意图

赛迪网中国信息化(industry.ccidnet.com)

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