VPX、CPCI、ATCA三个标准的区别

最近在学习一些加固产品的内容，对VPX、CPCI、ATCA这三者之间的区别产生了一定的兴趣，特整理一篇针对这三个标准的笔记，也供大家一起学习。

这三个标准在以下几个方面存在区别：

（一）提出的背景与目的

VPX 标准

提出背景：VPX（VMEbus Switched Serial）是VITA（VME International Trade Association，VME国际贸易协会）组织于2007年在其VME总线基础上提出的新一代高速串行总线标准。

目的：该标准制定的最初目的是为了保护VME总线的应用者，继承和延续VME总线，同时满足高密度、高性能计算的需求，并扩展带宽和增强的电源设计。

CPCI 标准

提出背景：CPCI（CompactPCI，紧凑型PCI）是国际工业计算机制造者联合会（PCIIndustrial Computer Manufacturer’s Group）组织于1994年提出的高性能工业计算机总线标准。

目的：解决VME等总线技术与PCI总线不兼容的问题，使得基于PcpciC的x86架构、硬盘存储等技术能在工业领域使用，并提供高可靠性、高密度的优点。

1. ATCA 标准

   提出背景：ATCA（Advanced Telecommunications Computing Architecture，高级通信计算架构）是一种针对电信应用的开放标准平台，旨在提供高性能、高可靠性和高可扩展性的计算平台。
   目的：满足电信行业对高可靠性、高集成度和高密度的需求，同时支持分布式部署和软件性能优化。

（二）应用领域

1. 1. VPX 标准

主要应用于国防军工、工业测控、网信安全等领域，满足高密度、高性能计算的需求，以及极端恶劣环境下的使用需求。

1. 1. CPCI标准

广泛应用于工业控制、通信、交通、医疗等领域，特别是在需要高可靠性、高密度和高抗震性的场合。

1. 1. ATCA标准

主要应用于电信行业，特别是软交换、核心网、传输网等关键领域，提供高性能、高可靠性和高可扩展性的计算平台。

（三）技术特点

1. 1. VPX 标准

      核心连接器：采用MultiGig RT2高速差分连接器，具有连接紧密、插入损耗小和误码率低等优点，支持高达10Gb/s的数据带宽。
      多协议支持：支持多种并行和串行传输协议，如VME64x和PCI并行总线协议，以及SRIO、PCI-E等高速串行协议。
      扩展性和灵活性：允许采用带有各种标准插槽的混合式背板结构，便于系统升级和扩展。
      坚固的机械结构和散热系统：支持风冷、传导冷却和液冷等多种散热模式，以满足极端恶劣环境下的使用需求。

1. 1. CPCI 标准

      电气特性：以PCI电气规范为基础，解决了VME等总线技术与PCI总线不兼容的问题。
      机械结构：使用欧卡连接器和标准3U、6U板卡尺寸，具有很好的抗震性和通风性，支持热插拔技术。
      高开放性：与传统的桌面PCI系统完全兼容，支持用在桌面PC和工作站上的完全一样的接口芯片。

1. 1. ATCA 标准

      开放标准平台：完全满足PICMG 3.x系列标准，是真正的开放标准平台。
      高性能和高可靠性：采用Intel四核芯片等高性能处理器，支持多信令点和周边网元对接，所有关键组件（如电源、风扇、管理模块、处理模块等）冗余备份。
      高集成度和低功耗：采用刀片式服务器架构，利于分布式部署，同时降低功耗和占地面积。

（四）结构设计

VPX、CPCI 和 ATCA 板卡在结构设计上差异主要体现在物理尺寸、连接器类型、冷却机制、环境适应性、以及背板架构等方面。

1. VPX 标准

• 物理尺寸：VPX 也遵循了 3U 或 6U 的高度标准，但是它的设计更加关注高密度和高可靠性。3U板卡尺寸为100mm x 160mm，6U板卡尺寸为233.35mm x 160mm。

• 连接器：使用了更高密度的连接器，如 VXIbus 110-pin 和 240-pin 连接器，支持高速串行总线如 PCI Express 和 Serial RapidIO。

• 冷却：VPX 支持不同的冷却机制，包括空气冷却和液冷，部分设计中还包括背板的直接冷却。

• 机械结构：VPX 板卡同样支持热插拔，但其设计更加注重在恶劣环境下运行的可靠性。

• 背板架构：VPX背板支持混合架构，允许传统并行总线和高速串行总线共存。

2. CPCI 标准

• 物理尺寸：CPCI 板卡遵循了 3U 或 6U 的标准高度，宽度通常为 160mm 或者是 80mm（对于半尺寸板卡）。长度可以根据需要定制，但通常最长不超过 465mm。CPCI板卡通常有3U和6U两种尺寸，3U板卡尺寸为100mm x 160mm，6U板卡尺寸为233.35mm x 160mm。
• 连接器：采用2mm公制连接器，支持热插拔和热交换，增加了系统的灵活性和可靠性。
• 冷却：CPCI通常采用自然风冷，但也支持导热设计，具体选择取决于系统的功耗和使用环境。
• 机械结构：CPCI 板卡可以从前面板进行热插拔，便于维护和升级。
• 环境适应性：设计上考虑到工业环境的使用，具有较好的抗震性和环境适应性。
• 背板架构：CPCI背板通常为平行总线结构，支持多达8个插槽的系统配置。

3. ATCA 标准

• 物理尺寸：ATCA 板卡的尺寸通常是 3U 或 6U 高度，宽度为 80mm 或 160mm，长度为 465mm 或 730mm。ATCA板卡通常为8U或16U尺寸，8U板卡尺寸为280mm x 322mm，16U板卡尺寸为600mm x 322mm。

• 连接器：使用了高密度的连接器，支持 PCI Express 和其它高速串行总线。采用多种高速背板连接器，支持各种高速通信协议，如10GigE、40GigE等。

• 冷却：ATCA 使用了强制空气冷却和内部风扇，以及模块化的冷却单元，允许在高功耗设备中实现有效的热管理。ATCA设计上支持高效的空冷和液冷，以应对高功耗组件的散热需求。空冷适用于一般电信环境，而液冷适用于高密度、高功耗的数据中心环境。

• 机械结构：ATCA 板卡设计支持高密度和模块化，同时支持热插拔，以实现系统的高可用性和冗余。

• 背板架构：ATCA背板支持各种高速串行总线结构，满足不同应用需求。

结构设计上的总结

• 连接器和总线：VPX 和 ATCA 更倾向于使用高速串行总线，而 CPCI 通常使用的是传统的 PCI 总线。

• 冷却机制：ATCA 和 VPX 提供了更高级别的冷却选项，以适应高功耗组件，而 CPCI 主要依赖空气冷却。

• 环境适应性：VPX 和 CPCI 相较于 ATCA 更加注重在恶劣环境下的稳定运行。

• 机械设计：虽然三者都支持热插拔，但 VPX 和 ATCA 在设计上更强调模块化和高密度，适合于高性能和高可用性的应用。

（五）总结

不同板卡标准各有优缺点，选择哪种标准主要取决于具体的应用需求和环境条件。例如，VPX适合高带宽、恶劣环境下的军用和工业应用；CPCI适合高可靠性、高性价比的工业控制和通信系统；而ATCA则适合高带宽、高可靠性、可扩展的电信和数据中心应用。

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