Il futuro di VME

Pubblicato il 15 ottobre 2002

Sin dalla sua prima apparizione, VME ha trovato applicazione in un gran numero di sistemi, dai desktop ai sistemi integrati; attualmente viene utilizzato da centinaia di fornitori hardware e ha dimostrato di sapersi evolvere al passo con il mercato e con la tecnologia. Oggigiorno, Vme per soddisfare le specifiche richieste di un gran numero di applicazioni avanzate, viene affiancato da altre tecnologie di comunicazione.

Cos’è VME

VME è un insieme di specifiche elettriche e meccaniche che permettono ad una varietà di prodotti diversi di essere integrati al meglio in un solo sistema. La parte elettrica, nella configurazione originale del 1987, era basata su un’architettura a bus paralleli con prestazioni di picco attorno ai 40 MB/s. Trattandosi di un circuito a commutazione asincrona, le prestazioni effettive dipendevano dalla velocità del supervisore, dell’unità master, del dispositivo slave e dalle caratteristiche del backplane utilizzato. La parte meccanica era invece basata sul formato EuroCard, le dimensioni del pannello, la spaziatura degli slot, la forma del supporto e delle maniglie di estrazione erano definite secondo le specifiche Ieee 1101.1. Per la connessione delle singole schede al backplane venivano utilizzati uno o due connettori DIN da 96 pin. La scheda VME 3U da 160 mm utilizzava un singolo connettore DIN e gestiva, in questa configurazione, 16 linee dati e 24 linee indirizzo, oltre ai segnali di controllo, l’alimentazione e la terra. Aggiungendo un secondo connettore DIN, su un pannello 6U da 160 mm, si rendevano disponibili 32 linee dati, 32 linee indirizzo e 64 pin a discrezione dall’utente. Diverse aziende, inoltre, usavano VME su pannelli 9U, da 400 mm, con un terzo connettore per incrementare la potenza e la funzionalità del singolo slot.

L’evoluzione di VME

Con il passare degli anni VME si è evoluto per soddisfare un vasto numero di applicazioni non previste nella versione originale. Le specifiche Ieee 1101 si sono adattate al fine di fornire ambienti più robusti, permettendo anche il raffreddamento conduttivo della scheda laddove non era possibile quello tradizionale. Le specifiche meccaniche più recenti prevedono maniglie di inserzione/estrazione, guarnizioni EMI, ‘slot keying’ e una serie di altri dettagli che soddisfano le richieste delle odierne applicazioni. Le migliorie hanno ovviamente riguardato anche l’aspetto elettrico: con l’evoluzione VME64 la trasmissione dati ha iniziato a sfruttare anche le linee indirizzo, raddoppiando così la profondità del bus e l’ampiezza di banda della struttura. Nuovi connettori DIN a 5 file hanno inoltre portato potenza addizionale, un maggior numero di pin lasciati a disposizione dell’utente e una serie di nuove funzioni che hanno garantito prestazioni di picco di 320 MB/s. I pin aggiuntivi sul secondo connettore possono essere utilizzati per portare le uscite I/O sul backplane in modo più semplice rispetto a quanto sia possibile con i connettori a piastra, ciò si rende ovviamente necessario quando né questi ultimi né i cavi possono essere utilizzati. L’utilizzo di questi pin può comunque essere sfruttato semplicemente per fornire maggior capacità di connessione tra le schede.

VSB

VSB è stato il primo sistema interconesso introdotto come supplemento VME. Siccome la tecnologia del momento non permetteva ad un processore di avere i dispositivi di memoria e di I/O sul medesimo pannello circuitale, come invece viene fatto ora, VME veniva utilizzato per la parte I/O mentre VSB fungeva da bus dedicato alla memoria. Mentre però VME poteva spaziare su 21 slot su un telaio da 19”, VSB era limitato a soli 6 slot. Quando si è ottenuta una densità tale da poter montare memoria e CPU sul medesimo pannello, VSB è stato relegato alla sola funzione di bus I/O ausiliario, per sfruttarne l’innegabile vantaggio di non interferire con il traffico del VME, ed ottenere così un effettivo raddoppio dell’ampiezza di banda del sistema. Con il passare del tempo sono state studiate diverse altre interconnessioni per massimizzare le capacità del VME, alcune poi brevettate. SCSA, per esempio, ha permesso il traffico vocale attraverso il backplane, SKYchannel, RACEway e Myrinet hanno invece fornito al VME altissime prestazioni nella trasmissione dati, cosa che ha reso possibile la realizzazione di computer multiprocessore con altissime prestazioni. Con la loro tecnologia a crossbar, queste interconnessioni hanno permesso un incremento dell’ampiezza di banda del sistema impensabile per qualunque architettura a bus paralleli.

Tecnologie emergenti

Le necessità degli odierni processori e dei dispositivi I/O hanno ampliamente superato le capacità di qualunque bus parallelo multi-drop come VME. Un nuovo ingegnoso progetto di backplane di Arizona Digital ha reso possibile aumentare l’ampiezza di banda del VME fino a 320 MB/s – con clock da 40 MHz – e le prestazioni degli ultimi PCI sono giunte a 133 MHz per un picco di ampiezza di banda di oltre 1 GB/s (ma solamente per delle interconnessioni punto a punto e per pochi pollici); oltre tali frequenze, però, il PCI-X non può probabilmente essere utilizzato su un backplane – e sicuramente non senza dei ponti. Asimmetria dei segnali, interferenze, consumo energetico e un alto numero di pin limitano la possibilità di estendere l’architettura a bus paralleli per i sistemi ad alte prestazioni attualmente richiesti. Serve quindi una nuova soluzione. La tecnologia Lvds (Low Voltage Differential Signaling) si è candidata a risolvere il problema permettendo un grande flusso dati su un ridotto numero di conduttori. La connessione Lvds usa una coppia di fili per trasferire il segnale, dove VME ne utilizza uno solamente, la segnalazione di tipo differenziale permette però di ottenere una velocità che giustifica pienamente la necessità di due fili per segnale. Inoltre, le connessioni Lvds sono frequentemente utilizzate con cavi lunghi diversi metri. Diverse architetture Lvds sono già state annunciate e due standard emergenti che saranno probabilmente utilizzati in sistemi VME sono RapidIO e InfiniBand. Si tratta, in entrambi i casi, di architetture basate sulla commutazione a pacchetto, indirizzate però a diversi sistemi di uscita. Entrambi utilizzano Lvds per ottenere una grande frequenza di clock, e la tecnologia crossbar, per avere un’ elevata larghezza di bande del sistema. Mentre l’architettura a commutazione di pacchetto associata alla tecnologia crossbar non è una novità per VME – SKYchannel fornisce questa accoppiata già da 5 anni – le velocità raggiunte sono invece una novità. Con i chip di oggi, con i quali velocità superiori ai 2,5 GHz sono comuni, Lvds è di solito utilizzato come connessione punto a punto, con segnali addizionali utilizzati per fornire ai dati un percorso di ritorno; può essere utilizzato per realizzare connessioni parallele o seriali ad alta velocità. Usando comuni tecniche di codifica per convertire segnali da paralleli a seriali, possono essere simultaneamente raggiunti i 250 MB/s in entrambe le direzioni sui due fili.