О шине VME и не только

Рэй Олдерман (Ray Alderman), VITA

Одна из компаний-аналитиков предсказывает падение в ближайшем будущем объемов продаж VME-продукции. Другие подъем, исчисляемый процентами. Истина, наверное, где-то  посредине. Ежегодный объем продаж VME-модулей сегодня превышает 1,4 миллиарда долларов. Так что закон больших чисел для VME-рынка вполне справедлив: рынки с миллиардными объемами не могут развиваться рывками и скачками. Они просто развиваются.

VMEbus и отраслипромышленности

Второй по величине сегмент потребления VME-продукции военный. Несмотря на то, что военный бюджет за последние восемь лет был значительно урезан, темпы развития этого сегмента VME-рынка остаются самыми высокими. Кроме того, учитывая перестройку вооруженных сил, начатую новой администрацией США, в целом это будет самый быстроразвивающийся сегмент. Вполне вероятно, что через два-три года в этом сегменте будет использоваться больше VME-модулей, чем в телекоммуникационных приложениях.

В третьем сегменте, сегменте промышленного управления, архитектура VMEbus применяется во многих приложениях реального времени. На базе VME-плат установлено колоссальное количество операционных систем OS9 и VxWorks, что обеспечивает постоянный спрос на VME-продукты в автоматизированных системах управления. И серьезных причин изменения этой ситуации пока нет.

Остальные сегменты рынка: транспортный, медицинский, авиационной электроники и т.д. сравнительно невелики. Часть приложений из этих сегментов из соображений стоимости переносится в персональные компьютеры. Вместе с тем рыночным исследованиям свойственны два общих недостатка: они недооценивают размеры спроса со стороны действующих систем и слишком переоценивают распространение новых технологий.

Прикладные областии технологии

За прошедшие годы во многих телекоммуникационных системах, DSL-шлюзах, интеллектуальных AIN-сетях и средствах компьютерной телефонии стала очень широко применяться шина CompactPCI. Ее магическая притягательность заключается в дешевизне PCI-аппаратуры и программного обеспечения Microsoft. Причем заказываются в основном сразу системы, а не отдельные модули. Вместе с тем значительная доля рыночного спроса удовлетворяется всего пятью, от силы семью производителями. Рынок CompactPCI с точки зрения поставщиков это олигополия (около 70% сбыта приходится всего на несколько поставщиков), а с точки зрения потребителей олигопсония (около 70% рыночного спроса генерируется всего несколькими потребителями).

В отличие от CompactPCI, рынок VME-продукции это полиополия с точки зрения поставщиков (70% сбыта приходится на более чем 25 компаний) и полиопсония с точки зрения потребителей (70% спроса создается очень большим числом потребителей). Рынки этого типа стабилизируются, в то время как олигополии и олигопсонии, как показывает история, обычно чрезвычайно неустойчивы.

Материалы конференции Bus&Board свидетельствуют о некотором снижении сбыта, но это снижение характерно абсолютно для ВСЕХ типов систем с шинной организацией, а не только для систем VME. Мы входим в новую эру встраиваемых вычислительных средств и через два-три года станем свидетелями массового распространения связных коммутируемых архитектур (switched-fabric).

Cегодня на рынке уже есть целый ряд связных архитектур с коммутацией соединений:


-InfiniBand мощная высокоскоростная (2,5 Гбайт/с) последовательная архитектура межсистемных соединений, наилучшим образом подходящая для создания кластеров и сетей уровня запоминающих систем (SAN Storage Area Network),
RapidIO 40-жильная высокоскоростная параллельная структура межсхемных соединений, допускающая применение и в качестве средства связи модулей,
-высокоскоростная последовательная архитектура межмодульных соединений компании Stargen пропускной способностью более 2 Гбайт/с на частоте 622 МГц) и соответствующие матричные коммутаторы. Данная технология опирается на действующее ориентированное на PCI-системы программное обеспечение и не требует значительной его переделки. Это обстоятельство делает ее чрезвычайно привлекательной с точки зрения замены использующихся ныне телекоммуникационных CompactPCI-модулей.
-недавно анонсированная магистрально-модульная технология IP/Ethernet, которая выглядит как внутрисистемная Ethernet и соединение модулей и процессоров в которой осуществляется по Internet-протоколу,
-технология PLX Ring, представляющая собой комбинацию технологии Sebring Ring с аппаратной технологией PCI-кристаллов компании PLX. Это дублированное кольцо с встречными потоками (counter rotating redundant ring) из PCI-узлов в одном блоке;
-недавно анонсированные некоторыми производителями полупроводниковых приборов микросхемы-преобразователи PCI-Serial, представляющие собой быстродействующие устройства двухточечной связи, для которых необходима еще разработка коммутаторов, аналогичных используемым в технологии Stargen.

Такие технологии, как VMEbus320 и VMEbus540, благодаря звездообразной организации объединительной панели позволяют поднять скорость передачи данных по шине до величин от 500 Мбайт/с до 1 Гбайт/с. Вместе с тем, несмотря на все эти технологические достижения, которые могут ускорить и VME, и другие шины, все равно остаются вопросы масштабирования и поддержки многопроцессорной обработки. Для шин характерны следующие три типа задержек: задержки блокирования, задержки соединения и задержки разъединения. Можно уменьшить их длительность, но совсем от них избавиться невозможно.

В связных архитектурах с коммутацией соединений вместо этих задержек приходится иметь дело с другим их набором: задержками маршрутизации, задержками коммутации и задержками передачи данных. В большинстве приложений, благодаря подобному выбору можно улучшить производительность системы. Основное преимущество связных структур с коммутацией соединений масштабируемость. Они могут связывать сотни процессоров и узлов ввода/вывода, чего нельзя сказать о шинах. Это и делает их особенно привлекательными для применения в телекоммуникационных системах, имеющих множество узлов ввода/вывода и коммуникационных процессоров.

Очень скоро мы увидим VME-платы с последовательными связными соединениями, реализованными в разъеме Р0. В подобных гибридных системах VME-модули будут решать задачи, связанные с управлением ответственными устройствами ввода/вывода в режиме реального времени, а связная архитектура будет использоваться для пересылок блоков данных больших объемов. Объединительная VME-панель станет одним из сетевых узлов системы, выполняющим все функции реального времени.

Что касается CompactPCI, то и здесь можно ожидать появления некоторых гибридных систем. Однако сочетание на одной и той же объединительной панели шины PCI и последовательно-коммутируемой PCI может показаться избыточным. Если появится спрос на масштабируемые PCI-системы, и они действительно понадобятся телекоммуникационным компаниям, то степень распространения объединительных панелей с параллельной шиной PCI будет быстро уменьшаться по мере того, как на рынке будут появляться интегральные схемы для последовательных коммутируемых связных архитектур.

Как только последовательные архитектуры с коммутацией начнут заменять собой параллельные шины, появится проблема последовательных мезонинных модулей. Существующий РМС-формат кажется вполне пригодным, понадобится лишь изменить разъём для размещения сигнальных линий последовательных высокоскоростных каналов на локальной шине. Работы в этом направлении должны начаться в VSO (Подразделение VITA по стандартизации) в этом году (см. врезку Технологические планы ассоциации VITA).

По-видимому, основная тема всех материалов конференции Bus & Board, уменьшение в будущем количества разработок на базе VME по мере распространения последовательных связных структур. Вероятно, исчезать будут также и все технологии на базе PCI, как на уровне интегральных схем, так и на уровне объединительных панелей. На фоне того, что благодаря упомянутому ранее спросу со стороны действующих систем спад объемов сбыта VME-продуктов будут медленным, вторжение последовательных связных архитектур на территорию PCI будет происходить весьма быстро, поскольку в данном случае программное обеспечение совершенно не затрагивается, а спроса со стороны действующих систем нет.

Прогнозы

Архитектура VMEbus, как архитектура магистрально-модульных систем, будет по-прежнему развиваться, хотя и достаточно скромно. Этим она будет обязана спросу со стороны действующих и военных систем. Поскольку спрос на объединительные панели с PCI существует в основном в телекоммуникационной области, то эти продукты и будут наиболее вероятными кандидатами на замену их появляющимися на рынке связными архитектурами с коммутацией соединений. На рынке систем промышленного управления существует тысячи технологий, и эта тенденция сохранится. В некоторых системах VME и PCI будет применяться по-прежнему благодаря унаследованному спросу, в других распространение получат последовательно-коммутируемые связные структуры. Коренных сдвигов в области средств промышленного управления не будет, произойдет просто фрагментация рынка, аналогичная тому, что мы имеем сейчас.

Главным рынком VME-продуктов в будущем станет военная область, благодаря унаследованным системам, характеристикам VME-шины и механической прочности этого стандарта. Телекоммуникационный сегмент будет в будущем развиваться еще быстрее, перенимая все самые недорогие и масштабируемые архитектуры для конкретных прикладных областей. Рынки средств промышленной автоматики также будут пользоваться архитектурами, определяемыми их прикладными областями, объемом действующих систем и ценовыми моделями.

Но несмотря на то, что подавляющее большинство VME-модулей будет по-прежнему ориентировано на рынки систем средней степени встроенности (medium embedded), таких как системы военного назначения, есть попытки их применения в глубоко встраиваемых системах (deeply embedded) типа автомобильных, с одной стороны, и в системах слабо встроенных (shallow embedded) типа систем мониторинга и управления, с другой.

Все более важным становится программное обеспечение, олицетворяя собой до 80% себестоимости всей системы.

И хотя у VME во многих сегментах весьма неплохое будущее, налицо коренной сдвиг в подходах к компьютерным архитектурам. Этот сдвиг заключается не только в новых структурах соединений на объединительных панелях, но и в поиске полупроводниковой промышленностью новых структур межсхемной связи. Первоначально видимая как замена PCI, новая технология межсоединений распространится и на область межмодульных, и, в конце концов, на область межсистемных связей. В течение нескольких следующих лет VME-технологии по-прежнему будут играть важную роль на рынках встраиваемых вычислительных средств, однако структура спроса изменится. Даже используемая совместно с описанными ранее коммутируемыми связными соединениями, VME-система по-прежнему будет делать всю грязную работу, связанную с реальным временем, на которую ни одна из существовавших в истории шин была не способна.

Источник: VMEbus Systems Feb 2001

E-Mail: exec@vita.com
Web site: http://www.vita.com

20.04.2014