Il futuro di VME.

Pubblicato il 15 ottobre 2002

RapidIO

RapidIO nasce da una collaborazione tra Motorola e Mercury Computer Systems. Quest’ultima necessitava di una nuova interconnessione per rimpiazzare RACEway, la sua interconnessione multiprocessore; Motorola aveva invece bisogno di una nuova interfaccia per CPU che soddisfacesse le prestazioni dei suoi processori. Le specifiche di RapidIO che ne sono risultate sono state trasmesse alla RapidIO Trade Association per ulteriori raffinamenti e per la sua promozione a standard. Le specifiche finali non sono ancora state rilasciate al pubblico nel momento in cui questo articolo viene scritto. RapidIO non è un’interconnessione seriale come correntemente definita, nonostante utilizzi la tecnologia Lvds; ogni porta Lvds è un’interfaccia parallela di 8 o 16 bit, con clock e linee ‘frame’ separati. Ci sono segnali separati per trasmettere e ricevere dati che portano a 10 segnali di output e 10 segnali di input (nella versione a 8 bit) con 2 fili per segnale. Complessivamente, la struttura minima richiede 40 fili. L’alta frequenza di clock permessa dall’utilizzo di Lvds porta, comunque, ad una elevata velocità di interconnessione. Sebbene non sia ancora stato annunciato alcun prodotto a livello di chip, RapidIO potrebbe essere utilizzato per Fpga. La velocità iniziale dovrebbe essere superiore ai 500 MB/s, con una possibile crescita di 2 o più GB/s, numeri che vanno raddoppiati per comunicazioni in duplex integrale. La larghezza di banda del sistema aggregato è molto più ampia una volta che si tenga conto dei canali di comunicazione simultanea resi possibili dai crossbar. Il target primario di RapidIO è rappresentato dai dispositivi di comunicazione processore-processore (tra i quali prevede una memoria software condivisa) e processore-I/O. Una volta che il sistema è stato configurato, fornisce anche al software un accesso, attraverso RapidIO, dal ponte PCI al dispositivo PCI. Così come è stato attualmente definito, RapidIO non esce dal telaio, lavorando interamente sul pannello circuitale e forse estendendosi sul backplane; è stato inizialmente progettato per essere semplice, a basso consumo, trasparente al software e per richiedere un minimo numero di uscite hardware. Uno sforzo significativo è stato dedicato a rendere RapidIO un sistema robusto. È stata inoltre resa possibile la funzione ‘live insertion’, che permette di rimpiazzare la scheda senza togliere potenza al sistema: il software sarà infatti in grado di accorgersi che l’interfaccia è stata rimossa, di riconfigurarsi e di utilizzare la nuova interfaccia, una volta che questa sia stata installata.

InfiniBand

La InfiniBand Trade Association è stata fondata molto prima della RapidIO Trade Association ed è sensibilmente più sviluppata. Nata originariamente nell’ambito di Intel, questa specifica è stata recentemente completata e distribuita al pubblico. Lo scopo originale che ha spinto alla realizzazione di InfiniBand era la sostituzione del PCI, con l’obiettivo di poter utilizzare cavi per connettere i componenti di un sistema, invece di dover aprire la struttura ed inserire una scheda. La definizione di sistema è stata inoltre ampliata per includere tutte le strutture di una sala computer – computer, RAID disk array e porte di comunicazione. InfiniBand è basato su una struttura Lvds a 4 fili oppure su un sistema a doppia fibra ottica con un clock di 2,5 GHz. L’utilizzo della codifica 8B/10B per gestire 8 bit di dati in parallelo permette di non dover utilizzare una linea separata per il clock – il cui segnale può infatti essere ricavato dai dati. Siccome ogni byte utilizza 10 bit sulla connessione, l’ampiezza netta della banda è di 250 MB/s in entrambe le direzioni. Ci sono inoltre un gran numero di simboli a 10 bit che non rappresentano dati ma che servono per il controllo durante la connessione; come conseguenza, InfiniBand può utilizzare 4 cavi per fornire l’informazione che RapidIO contiene nei suoi 40. Connessioni di questo tipo vengono chiamate x1. Per ottenere maggior ampiezza di banda di connessione, InfiniBand usa altre linee seriali, ad esempio, nelle specifiche x4 ed x12; quest’ultima arriva fino a 3 GB/s utilizzando 12 linee seriali da 2,5 GHz e siccome ogni linea ha il suo clock, non sorgono problemi di asimmetria. Una connessione x1 può coprire diversi chilometri utilizzando fibre da distanza mentre le connessioni x4 o x12, su rame, possono raggiungere al massimo i 25 metri. Essendo in origine una connessione sistema-sistema e sistema-periferica, InfiniBand ha optato per gestire un meccanismo di semplice transito del messaggio e non fornisce memoria condivisa tra processori. Il risultato è una interconnessione molto robusta, con un ‘error detection’ e un meccanismo di recupero molto ben definiti. Prevede la funzione ‘live insertion’ e fornisce una buona sicurezza. La trasparenza al software non era uno degli scopi di InfiniBand, sebbene la possibilità di interfacciare le esistenti periferiche PCI è lo scopo di un ponte InfiniBad-PCI. InfiniBand è sicuramente più voluminoso e complicato rispetto a RapidIO ma diversi rivenditori hanno già annunciato la realizzazione di chip InfiniBand, le cui consegne dovrebbero iniziare nel tardo 2001.

InfiniBand per i multiprocessori integrati

SKY Computers ha analizzato in dettaglio sia RapidIO che InfiniBand e ha selezionato quest’ultima come base della prossima generazione di connessioni SKYchannel. Il protocollo SKYchannel verrà sovrapposto in modo trasparente allo standard InfiniBand sfruttando un canale di migrazione che elimina la necessità di riprogettazioni e riscritture di software che sarebbero sicuramente costose. SKY Computers ritiene che InfiniBand sia un’architettura superiore rispetto a RapidIO per quanto riguarda la connessione di processori ad alte prestazioni; i vantaggi consistono nelle prestazioni superiori, nel maggior numero di opzioni, nella maggior robustezza; InifiniBand, inoltre, fornisce un canale diretto per migliori prestazioni nel futuro e incontra una entusiastica approvazione da parte di un ampio spettro di industrie, da quelle che si occupano di networking alle aziende di computer.

Il futuro di VME

VME ha sempre adottato le tecnologie più recenti e le interconnessioni Lvds saranno sicuramente un ottimo sviluppo per moltissime applicazioni; in altre, invece, VME sarà probabilmente rimpiazzato da RapidIO e InfiniBand. VME fornisce uno schema consolidato, con buone caratteristiche ambientali, una buona interfaccia bus che può essere utilizzata per controllare il sistema e un grande spettro di prodotti per l’integrazione già esistenti. VME, inoltre, continuerà a fornire dispositivi I/O lenti. RapidIO renderà invece possibile la realizzazione di schede multiprocessore di alte prestazioni, nonché di interfacce per alcune periferiche PCI. I connettori DIN utilizzati per VME non sono adeguati ai segnali ad alta velocità di Lvds; l’evoluzione rappresentata dallo standard VME64 ha però già introdotto, tra i connettori DIN, i connettori metrici resistenti scelti da cPCI. Questi possono supportare i segnali da 2,5 GHz dal Lvds e ciò consente a RapidIO o InfiniBand di essere utilizzati come connettori a banda larga tra schede multiprocessore. InfiniBand ha inoltre vantaggi aggiuntivi dovuti al minor numero di fili e alla capacità di uscire dalla struttura per connettersi ad altri sistemi. VME, dunque, non è sicuramente morto, si sta semplicemente adattando, una volta di più, alle modifiche della tecnologia.