スイッチドファブリック最新事情：多様化する組み込みシステムボードの高速伝送技術（3/3 ページ）
組み込みシステムボードの分野では、スイッチドファブリック技術に注目が集まっている。同技術を用いることで、高速でのデータ伝送はもちろん、動作性能の最適化、サブシステムの故障の回避、既存コンポーネントとの共存といったことの実現が可能になるからだ。本稿では、スイッチドファブリック技術に分類される各種インターフェースの規格を概観するとともに、それらに対応した新製品の動向などについてまとめる。
メザニンカード向けのAdvancedMC
ATCA規格を策定したメンバーらは、ベースバンドの帯域幅と性能に対応するために、その基本アーキテクチャと同一の機能を多く持つプラグインモジュール（メザニンカード）の仕様も策定している。そのプラグインモジュール規格がAdvancedMCである。同規格は、ホットスワップ機能を備える交換可能なモジュール仕様を提供することで、メンテナンスコストとシステム停止時間の低減に貢献する。
AdvancedMCモジュールのサイズは約3インチ×7インチ（約7cm×18cm）で、遠隔管理技術やスイッチドファブリック技術が盛り込まれている。モジュールには、コンパクト、ミッドサイズ、フルサイズの3種のフェースプレートがあり、シングルまたはダブルサイズ構成で提供される。
接続に関しては、最終的にはATCAで定義されているすべてのスイッチドファブリックに対応するために、高速シリアル接続をサポートしている。基本仕様では、最大21ポート、つまり42の差動ペアを持つファブリックインターフェースが定義されており、モジュール間またはベースボードへの全二重/ポイントツーポイントの接続を提供する。AdvancedMCの1ポート当たりの定格データ伝送速度は12.5ギガビット/秒で、Ethernet、PCIe、RapidIO、InfiniBandなどの新しいプロトコルの複数レーンを処理することができる。補足仕様では、ポートに特定のファブリック要件を割り当てている。
MicroTCAへの展開
上述したように、AdvancedMCは高性能で、ホットスワップおよびスイッチドファブリックに対応し、優れた管理機能を備えている。そこで、Advanced
MC対応の機器を小型のスタンドアロンシステムのバックプレーンに直接接続して使用することが考えられた。そのための規格であるMicroTCAは、AdvancedMCカードを直接接続可能なバックプレーンを持つスタンドアロンの筐体を提供し、AdvancedTCAキャリアボードを不要とした。
MicroTCA規格では、1個以上のAdvancedMCモジュール、キャリアハブ、電源モジュール、およびそれらをサポートするインターコネクト、冷却システムなどの機械部品の集まりとしてシステムの最小構成を定義している。キャリアハブには、制御および管理用のインフラとインターコネクトファブリックリソースが統合されており、最大12個のAdvancedMCモジュールをサポートする。コンパクトになったことで、MicroTCAは通信における低予算のアプリケーションやさまざまな組み込みプロジェクトで利用できるものになっている。
ATCAプラグインとMicroTCAアプリケーションの両方をサポートする製品として、ドイツのKontron社は、AdvancedMCモジュール「AM4100」（写真2）を提供している。同モジュールはFreescale社の1.5GHzデュアルコアPowerPCプロセッサであるMPC8641Dを搭載し、最大2.3MIPS（1MIPSは1秒間に100万回の命令を処理する能力）の演算性能を誇る。4Gビットのイーサーネットインターフェースは、リアルタイム伝送プロトコル、チェックサム、サービス品質、パケット操作をサポートする。また、AM4100は、最大2GバイトのDDR2 SDRAM（double data rate 2 synchronous DRAM）、4Mバイトのブート用NOR型フラッシュメモリー、最大4GバイトのNAND型フラッシュメモリー、およびユーザーデータや構成データ用のEEPROMを搭載している。4Gビットの2つのインターフェースは、フロントパネルにあるモジュールカードのエッジコネクタまたはRJ45コネクタに接続することが可能である。また、このモジュールは、高速ファブリック接続用に4レーンのPCI ExpressまたはシリアルRapidIOをサポートする。
同モジュールは、ホットスワップ機能を備え、ATCAキャリアボードやMicroTCAシステムを停止することなく交換できる。全体の管理は、専用のモジュール管理コントローラが行う。ATCAの管理インターフェースコマンドをサポートするため、オペレータはモジュールレベルでより迅速に障害を検出してそれを除去することが可能である。AM4100のサポートパッケージは、Linuxおよび米Wind River社の「VxWorks」向けに提供されている。
さらなる高性能化
多くの高性能システムにおいて、スイッチドファブリックが必須要素となっていることに疑いの余地はない。しかし、その性能は、これ以上を求めると、電圧のスルーレート、コネクタの特性、伝送線の制約の物理的限界に達してしまうレベルにまで向上してきている。そのため、将来的には、パラレル伝送レーンを追加するといった対処が必要になると考えられる。
その後、仮にシリアルファブリックの技術にも限界が訪れて、システム性能を制限するようなことになったとしたら、どうなるだろうか。そのときは、また新たな高速データ伝送システムが提案されることになるだろう。そのベースとなる技術は、光伝送であるかもしれない。
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