マイクロTCA - 百科事典

### MicroTCAとは
MicroTCA（Micro Telecommunications Computing Architectureの略称、また：μTCA）は、PCI Industrial Computer Manufacturers Group（PICMG）によって作成および維持されているモジュール型、オープン標準です。Advanced Mezzanine Cards（AMC）を使用してバックプレーンに直接接続されたスイッチングファブリックコンピュータシステムを構成するための電気的、機械的、熱的、および管理規格を提供します。MicroTCAはAdvancedTCA標準の後継です。

歴史
千禧年初頭のモバイル通信および関連サービス（テキストメッセージなど）の急速な拡大により、通信システムの処理能力の需要が高まりました。既存の「キャリアグレード」の（RASを参照）コンピューティングアーキテクチャは、当時の高性能プロセッサーを収容するには適していませんでした。これらの需要に応えるために、約100社がPICMGで協力し、2002年に発表された「Advanced Telecommunications Architecture」（AdvancedTCA、ATCA）が生まれました。

AdvancedTCAの導入後、ネットワークのエッジにあるより小規模な通信システム用の標準が開発されました。この標準は、信頼性やデータ通過率を削減せずによりコンパクトで安価なシステムを目指していました。この標準、つまりMicroTCAが2006年に認定されました。

MicroTCAシステムはその後、防衛、航空機工学、科学などの非通信分野に進出し、ベース標準に拡張が加えられました。

モジュール


= MicroTCA.0 =
すべてのモジュールに共通するプロパティのベース規格、2006年7月6日に認定されました。以下を含みます：

機械的規格（例：カードキャビティ、バックプレーン、サポートするAMCモジュールの可能な寸法）
電気的規格（例：電力供給とインターフェースレイアウト）
熱的規格（例：可能な冷却レイアウトや利用可能な冷却能力）
管理規格
ベース規格の第2次修正版が2020年1月16日に認定され、10GBASE-KRや40GBASE-KR4などの高速Ethernetファブリックを実装するために必要な修正や変更が含まれています。


= MicroTCA.1 =
このモジュールは、強風冷却を使用する堅牢なシステムのための規格を追加します。MicroTCA.1に基づくシステムの可能性のあるシナリオには、外側の通信施設、産業および航空宇宙環境が含まれます。


= MicroTCA.2 =
このモジュールは、温度、衝撃、振動、および他の環境条件に関するより厳格な要件を追加します。これらの規格は、外側の通信施設、機械および運輸産業、軍用航空機、船舶および地上移動機器での使用を目的としています。MicroTCA.2は、空気および伝導冷却のAMCモジュールの使用を許可します。


= MicroTCA.3 =
このモジュールは、温度、衝撃、振動、および他の環境条件に関するさらに厳格な要件を追加します。これらの規格は、外側の通信施設、機械および運輸産業、軍用航空機、船舶および地上移動機器での使用を目的としています。MicroTCA.3は、伝導冷却のAMCモジュールの使用を要求します。


= MicroTCA.4 =
このモジュールは、AMCにレアrear Transition Module（RTM）を追加し、PCBスペースとモジュール性を増します。AMCとRTMは、MicroTCA.0で定義された第3ゾーンに位置するコネクタで接続されます。これらの規格は、粒子加速器や望遠鏡などの大規模科学装置での使用を目的としています。


MicroTCAの構成要素


= カードキャビティ =
カードキャビティ（また：ラック、ケース）は、すべての他のコンポーネントを収容し、そのためには2つの主要な機能があります：

他のコンポーネントに対して機械的安定性を提供
十分な冷却を確保
カードキャビティは非常に多様で、以下の点で異なります：

サポートするモジュールの種類（例：MTCA.0、MTCA.1、...）
提供するスロットの数（典型的には2から12）
インストールされたバックプレーンのアーキテクチャ（以下を参照）
使用する冷却方法（例：前から後、下から上、側から側、伝導、...）


= バックプレーン =
バックプレーンは、カードキャビティに直接取り付けられた印刷回路基板で、MicroTCAシステムのすべての他のコンポーネントを互いに接続し、それらに電力、データアクセス、管理アクセスを提供します。
バックプレーンを通じて2種類の電力が供給されます：管理電力（+3.3 V）とペイロード電力（+12 V）。典型的なバックプレーンとは異なり、MicroTCAバックプレーンでは、管理とペイロード電力は各コンポーネントに個別に供給されます。管理電力は、電源が入っているバックプレーンに接続された各モジュールに提供されますが、ペイロード電力はMicroTCA Carrier Hub（MCH）が提供し、モジュールがMicroTCA互換であることを確認した後に許可されます。
標準は、バックプレーンが提供するべき様々な通信バスを定義しています：

ギガビットイーサネット
IPMI
SATA
Fat pipe（PCIe、SRIO、10G/40G Ethernetなどに使用できる）
ポイント対ポイントリンク
クロック
JTAG


= 冷却ユニット =
冷却ユニット（CU）は、空気流冷却のカードキャビティに制御された空気流を提供します。通常、ファンとコントローラーの配列で構成されており、バックプレーンに接続されています。MicroTCA Carrier Hub（MCH）は、温度センサー（存在する場合）とファン速度を読み取り、IPMIを通じてファン速度を変更できます。冷却ユニットは通常、特定のカードキャビティに取り付けられており、一部のCUは簡単に取り外し可能（例：清掃や交換のために）です。他のカードキャビティは、統合された取り外し不可能なCUを含むことがあります。


= ポータブルモジュール =
ポータブルモジュール（PM、また：電源）は、電線からのAC電力を+3.3 Vの管理電力（MP）と+12 Vのペイロード電力（PP）に変換します。これらはいずれも直流です。さまざまな電源モジュールがあり、以下の点で異なります：

フォーマット（例：ダブル幅、シングル幅）
入力電圧（110 V、220 V、両方）
出力電力（例：600 W、1000 W）
電源モジュールは、モジュールコネクタの指定されたピンを通じてスロットにモジュールの存在を検出し、すぐにそのモジュールに管理電力を提供します。ペイロード電力はMicroTCA Carrier Hub（MCH）によって管理され、MCHはIPMIを通じて電源モジュールと通信します。
電源モジュールは独自のタイプのコネクタを使用し、したがって指定されたスロットにのみインストールできます。一部のカードキャビティは、冗長のために追加の電源モジュールスロットを提供します。この場合、1つのスロットが主要であり、デフォルトで電力を提供し、もう1つのスロットが副次的であり、主要が動作しない場合にのみ電力を提供します。


= MicroTCA Carrier Hub =
MicroTCA Carrier Hub（MCH）は、MicroTCAカードキャビティの中央管理デバイスです。電力供給と冷却を管理します。通常、ギガビットイーサネットおよび/またはPCIe/Serial RapidIOスイッチングも提供します。一部のMCHは、クロッキングも提供します。名前からも分かるように、これらはバックプレーン上の様々なスタートポロジー（例：イーサネット、PCIe）のハブであり、したがって専用のスロットが必要です。一部のバックプレーンは、冗長のために2つのMCHをサポートします。この場合、2つのMCHスロットがあり、1つが主要、もう1つが副次的と指定されます。


= Advanced Mezzanine Card =

Advanced Mezzanine Card（AMC）は、ホットプラグ可能なPCBの標準です。元々、AdvancedTCAシステムで使用されるために開発されました。標準は以下を指定しています：

PCBの寸法（2つの幅のバリエーション[シングル、ダブル]と3つの高さのバリエーション[コンパクト、中サイズ、フル]）
コネクタの種類、位置、方向（例：ゾーン1、2、3）
AMCが果たす機能は非常に多様で、以下を含みます：

計算（例：CPU、RAM、SSDおよびボード上のグラフィックスを備えたモジュール）
ストレージ（例：SSDキャリア）
グラフィックカード
FPGAカード（例：信号処理用）
FMCキャリア
デジタライザーカード（アナログ-デジタルおよびデジタル-アナログ変換）
クロッキングおよびトリガリング
他にも多くあります。


= Rear Transition Module（MTCA.4のみ） =
レアrear Transition Module（RTM）はMicroTCA.4標準で追加されました。RTMは、ゾーン3に位置するコネクタを通じてAMCに直接接続されます。これにより、ダブル幅のAMCとRTMが必要です。RTMは、AMCとほぼ同じ寸法で、MTCA.4カードキャビティの各スロットごとに利用可能なPCBスペースを倍増させます。RTMの電力はAMCから供給されます。したがって、RTMは独自で動作することはできず、ペアのAMCが必要です。
ゾーン3のコネクタは電気的に自由設定可能であり、機械的に適合するAMC-RTMペアが電気的に互換性がないことを可能にします。そのような互換性がないために損傷を避けるために、MTCA.4互換のAMCおよびRTMに機械コードピンが追加され、機械的に電気的に互換性がないRTMがAMCにインストールされるのを防ぎます。
RTMの機能は、以下を含みますが、これに限りません：

RFシグナルの前/後処理（例：フィルタリング、アップ/ダウンコンバージョン、ベクトルデ/モデュレーション）
デジタルシグナルの前/後処理
クロッキングおよび分布
デバイスインターフェース
データストレージ
CPU（MCH-RTMのみ）


参考文献


外部リンク
MicroTCA.0 標準短形式
DESYのHelmholtz Innovation Lab、MicroTCAを中心に：MicroTCA Technology Lab