Publiées officiellement en juillet 2006, les spécifications très attendues de l'architecture MicroTCA (Micro telecom computing architecture) suscitent, d'ores et déjà, un intérêt très fort de la part des utilisateurs de serveurs ou de calculateurs industriels basés sur des standards ouverts. D'ailleurs, les études de marchés sont concordantes pour afficher des taux de croissance élevés pour le MicroTCA, dont les ventes devraient dépasser le milliard de dollars en 2011 (figure 1). Et ce, dans des domaines qui vont bien au-delà des télécommunications.

Pourtant, l'origine de ce nouveau standard plonge ses racines dans une autre spécification émise par le PICMG en janvier 2003, l'AdvancedTCA qui, elle, est destinée exclusivement ou presque aux applications télécoms. Rappelons que l'ATCA tourne le dos aux traditionnels systèmes dotés d'un bus en fond de panier (comme le VME ou le CompactPCI), pour aller vers des systèmes entièrement commutés où les cartes insérées dans le châssis communiquent entre elles via des liaisons point à point, selon divers protocoles (Ethernet, Serial RapidIO, PCI Express). Quelque temps après la publication de cette spécification, et afin d'accroître la granularité d'un système ATCA, le PICMG s'est très rapidement penché sur la définition d'une carte mezzanine adaptée à cette nouvelle architecture. Et, en février 2005, le PICMG publiait les spécifications des cartes AMC (Advanced mezzanine card). L'idée était d'étendre les capacités de l'ATCA, notamment en termes de bande passante et de protocoles utilisés, au niveau de cartes mezzanines implantées sur des cartes porteuses ATCA. Avec deux caractéristiques techniques majeures, qui jusque-là n'avaient jamais été implantées sur des cartes mezzanines : la capacité d'être extraites et/ou insérées à chaud d'une carte porteuse ATCA en fonctionnement (le hot swap) ; et l'intégration d'un contrôleur IPMI (Intelligent platform management interface) pour coller au concept de gestion centralisée d'un châssis décrit dans les spécifications de l'ATCA.

Ensuite, ou plutôt de manière concomitante à ces travaux, le PICMG a travaillé sur l'idée d'utiliser directement ces cartes mezzanines AMC dans un châssis adapté, afin de bâtir des systèmes plus compacts et moins coûteux que les systèmes ATCA. Là, se trouve l'origine du MicroTCA.

En fait, un système MicroTCA, tel qu'il est défini par le PICMG, est constitué de quatre types d'éléments : des cartes AMC processeurs et/ou de fonction ; une carte MCH (MicroTCA carrier hub) destinée à la gestion du châssis et aux fonctions de commutation ; des modules d'alimentation spécifiques (MicroTCA power modules) ; et enfin un châssis comprenant une carte fond de panier, des connecteurs spécifiques et des unités de refroidissement appropriées (ventilateurs notamment).

Une des forces du concept MicroTCA est qu'il autorise un très grand nombre d'options de configurations (photos A), contrairement à d'autres standards comme le VME ou le CompactPCI cantonné aux formats 3 ou 6U. Ainsi, il est possible, avec le MicroTCA, de bâtir des systèmes classiques de 19 pouces de largeur avec douze cartes AMC sur une hauteur de 2 à 6U. On peut aussi superposer dans un rack 19 pouces deux châssis 3U, ou réaliser des équipements où les deux châssis MicroTCA sont « tête-bêche » dans un seul rack. Ou bien concevoir des châssis dans lesquels les cartes AMC sont enfichées en position horizontale plutôt que verticale. Ou bien encore des châssis qui permettent de mixer les différents formats de carte AMC (encadré), comme celui proposé par Schroff (photo A).

Un des avantages ici est que l'on retrouve sur toutes ces variantes du MicroTCA la profondeur de 300 mm, incluant le câblage, très intéressante dans le domaine des télécommunications où cette dimension est recommandée dans les normes Etsi (alors que la profondeur des châssis ATCA qui respectent les normes Etsi est de 600 mm). Mais les spécifications permettent aussi de partir sur des concepts plus originaux, comme par exemple un système sous forme de cube, d'environ 200 mm de côté, comme celui proposé par GE Fanuc (photo A) dans lequel on trouve douze cartes AMC (deux groupes de six l'un sur l'autre). Bien entendu, le nombre de douze cartes AMC dans un châssis est un maximum et les spécifications offrent aussi toute latitude pour réaliser des systèmes plus compacts à base de quelques cartes AMC. Il est même envisageable d'avoir des équipements bâtis autour de trois cartes AMC seulement. Ces « Pico » systèmes peuvent être constitués d'une carte AMC processeur, d'une carte AMC dédiée au stockage des données et d'une carte d'E/S. Ce type d'équipement peut alors dans certains cas de figure concurrencer directement les solutions de type PC industriels embarqués, comme les « shoe box » . Certes, avec cette configuration on est ici à la limite du concept du MicroTCA, puisque la carte MCH n'est pas utilisée, mais elle montre que le choix des architectures est extrêmement large et limité par la seule imagination des concepteurs.

Au-delà du facteur de forme, d'un point de vue électronique, là aussi les possibilités offertes par le MicroTCA sont larges. On peut construire des systèmes avec une seule carte MCH, qui pilote le châssis en utilisant les liens Gigabit Ethernet de base fournis par cette carte maître pour les connexions avec les autres cartes du système. On peut aussi intégrer deux cartes MCH pour créer des systèmes redondants avec des connexions en simple ou double étoile. Ou bien créer la redondance en dupliquant une architecture basée sur une carte MCH et ses cartes fonctions associées dans un même châssis. On peut aussi tirer parti des liens série additionnels proposés par la carte MCH (fat pipe fabric, figure 2) avec les protocoles Gigabit Ethernet, PCI Express ou Serial RapidIO pour construire des architectures entièrement maillées sur tout ou partie des cartes du système. Bref, là aussi le choix des possibles est très étendu.

Au-delà de la souplesse apportée par cette spécification, une des particularités du MicroTCA est que, pour la première fois dans l'histoire des standards d'architecture, la description stabilisée de la norme est publiée alors que les cartes constitutives dudit standard existent déjà sur le marché. En effet, avec la montée en puissance de l'AdvancedTCA, le catalogue de cartes AMC disponibles sur étagère s'est étoffé. On trouve aussi bien des cartes processeurs AMC basées sur des Pentium M chez Emerson et GE Fanuc (qui développe aussi actuellement une carte à base de PowerPC) que des cartes à base d'Intel CoreDuo chez Kontron ou Radisys, sans compter les très nombreuses cartes AMC dédiées à la gestion de fonctions spécifiques (liens E1/T1, cartes de calcul à base de DSP, carte support de mémoire de masse, etc.) présentes chez Interface Concept, VadaTech, Surf Communication Solutions... D'ailleurs, à terme, c'est le marché du MicroTCA qui, selon certaines études de marché, devrait tirer celui des cartes AMC vers le haut prenant ainsi le relais de l'ATCA (figure 3).

Cependant, si les cartes AMC sont d'ores et déjà disponibles (photo B), si les fabricants de châssis s'emploient depuis déjà quelque temps à fournir des équipements de démonstration ou de développement (chez Shroff, Ritall ou Elma), la situation est nettement plus délicate concernant les cartes MCH et les modules d'alimentation.

Pour ces derniers, il est par exemple impossible de trouver actuellement sur le marché une alimentation qui respecte le standard MicroTCA. C'est-à-dire qui soit capable de gérer le bus IPMB - pour satisfaire aux exigences de gestion centralisée d'un châssis lors de l'insertion/extraction d'un module d'alimentation -, qui soit dans le facteur de forme du MicroTCA (au format d'une carte AMC) et qui soit capable de délivrer une sortie en tension continue de 24, 48 ou 60 V (pour une entrée en alternatif sur le secteur par exemple). Pour l'instant, il faut donc se contenter d'alimentations continue/continue que l'on trouve par exemple chez Emerson ou Tyco. Autre solution, proposée par Schroff sur ses châssis de développement, utiliser dans le châssis une alimentation continue qui bénéficie des exigences du MicroTCA (sécurité, gestion du bus IPMI...) et reliée à l'arrière de l'équipement à un convertisseur de tension relié au secteur.

La situation est aussi critique, sinon plus, pour les cartes MCH. En effet, celles-ci sont le véritable centre névralgique d'un système MicroTCA. Pourquoi ? En fait, on peut voir le MicroTCA comme une virtualisation d'une partie de l'architecture de l'ATCA. En effet, au sein de cette dernière une carte spécifique, baptisée « shelf management controller » , couvre les fonctions de contrôle du châssis (les opérations d'insertion/extraction des cartes notamment) et de gestion des caractéristiques physiques du même châssis (température, tension d'alimentation...), le tout à travers un bus IPMB. Cette carte obligatoire dans un système ATCA est distincte des cartes de commutation. Avec le MicroTCA, l'ensemble de ces fonctions sont rassemblées sur une seule et même carte, la fameuse carte MCH. Le concept est ambitieux et les promoteurs du standard MicroTCA ont sans doute minimisé les difficultés de conception d'une telle carte.

Rappelons qu'au sein des spécifications, la carte MCH est conçue comme un « sandwich » à quatre étages (photo C). La carte de base, obligatoire, nommée tongue 1, a en charge la gestion du châssis via le bus IPMB ainsi que le pilotage d'un circuit de commutation (switch) de base fondé sur Ethernet, afin d'assurer une communication minimale entre cartes AMC d'un châssis (l'équivalent des liens Ethernet utilisés dans le CompactPCI avec la spécification PICMG 2.16). La tongue 2, sorte de carte mezzanine qui se positionne au-dessus de la carte de base, prend en charge d'autres liens de communication, comme les liaisons Serial ATA pour les mémoires de masse, un lien Jtag, ainsi que la gestion des opérations de synchronisation d'horloges. Enfin, les tongues 3 et 4 sont destinés à gérer des liens de commutation série additionnels (baptisés fat pipe fabric, figure 1) basés sur les protocoles PCI Express, Serial RapidIO ou bien Gigabit Ethernet.

La relative complexité du concept fait qu'aujourd'hui il existe encore des problèmes techniques délicats à résoudre, comme par exemple la cohabitation de liens Gigabit Ethernet avec du PCI Express (en termes d'horloges), ainsi que des ambiguïtés techniques, tels l'implantation et le rôle des liens Jtag ou encore l'affectation de certaines broches pour les signaux d'horloges. Conséquence, à l'heure actuelle il n'existe que peu de fournisseurs de cartes MCH opérationnelles, empêchant pour le moment une exploitation véritablement industrielle du MicroTCA.

Citons toutefois, sur ce marché, la jeune société new-yorkaise CoreEdge Networks qui s'est lancée la première sur ce créneau des cartes MCH avec son modèle CEN MCHv2.7. La particularité de la technologie de CoreEdge est de proposer, sur un seul composant, à la fois le contrôle du châssis et un switch Gigabit Ethernet. La société allemande N.A.T. commercialise aussi depuis peu une carte MCH basée sur un processeur ColdFire de Freescale, qui assure la gestion de châssis, associé à un switch Gigabit Ethernet. Pour les tongues 3 et 4, N.A.T. propose, en outre, un commutateur PCI Express. D'autres sociétés développent de telles cartes et devraient les annoncer dans les mois qui viennent comme le suédois VadaTech ou l'allemand GateWare.

Reste que pour l'instant les poids lourds du secteur des cartes sont pour le moins attentistes : Kontron a décidé de surseoir au développement d'une carte MCH de plusieurs mois ; Radisys ne prévoit pas de sortie d'une carte MCH avant le deuxième semestre de cette année ; et GE Fanuc n'a pas annoncé pour l'instant ses intentions concernant cette brique technologique du Micro TCA. Quant à Motorola, sa situation est un peu particulière, puisque la société est actuellement la seule sur le marché à annoncer un système MicroTCA complet, le Centellis 1000 (photo D), destiné aux marchés des télécommunications, sans dévoiler l'origine de la carte MCH utilisée (qu'elle ne souhaite d'ailleurs pas fournir de manière séparée).

Seule Advantech avance à découvert puisque la société va annoncer officiellement lors du salon Embedded World, qui se tient ce mois-ci à Nuremberg, sa première carte MCH. Baptisée UTCA-5503, elle offre des liens Gigabit Ethernet pour la commutation de base, grâce à un circuit Marvell, et les liens IPMB vers les cartes AMC et les unités d'alimentation et de refroidissement grâce à un circuit contrôleur de châssis, en partie issu du savoir-faire de la société Pigeon Point. D'ores et déjà, les extensions vers les tongues 2, pour les synchronisations d'horloge, et tongue 3, pour fournir des liens Gigabit Ethernet supplémentaires (incluant la notion de « management » , Level 2/3), sont prévues.

La spécificité de cette carte MCH a aussi pour conséquence de mettre en porte-à-faux les fournisseurs de châssis MicroTCA, ce qui ne facilite pas le décollage du marché. En effet, avec l'ATCA, des sociétés comme Shroff, ou d'autres, prenaient en charge la partie gestion du châssis (shelf manager) laissant aux fournisseurs de cartes la fonction de commutation (le switch). Avec le MicroTCA, comme ces deux fonctions sont rassemblées sur une même carte, les fournisseurs de châssis deviennent de facto tributaires des fournisseurs de cartes MCH. Dans ce contexte, soit ils s'allient avec un partenaire avec le risque de s'aliéner des utilisateurs qui ne veulent pas de la carte MCH proposée, soit ils proposent des châssis sans carte MCH, avec le risque dans ce cas d'une offre moins intégrée et moins différenciatrice vis-à-vis des concurrents et des utilisateurs.

Autre sujet d'incertitude, surtout dans le domaine des télécommunications, l'attitude de la Scope Alliance. Rappelons que cette association, fondée par les grands équipementiers télécoms (Alcatel, Ericsson, Motorola, Nec, Nokia et Siemens), délivre ses desideratas concernant les technologies matérielles et logicielles ouvertes utilisées au sein des équipements télécoms ; elle a notamment déjà publié des recommandations sur Linux et sur l'AdvancedTCA. Or, ses recommandations sont suivies avec beaucoup d'attention par tous les fournisseurs de briques logicielles et matérielles du secteur des télécoms. Et en ce qui concerne le MicroTCA, comme les recommandations de la Scope Alliance ne sont pas encore publiques, certains fournisseurs, comme Radisys, souhaitent attendre la sortie officielle de ces documents pour lancer des produits parfaitement adaptés. Notamment au niveau de l'affectation des broches, pour laquelle il semble que la Scope Alliance ait une vision différente de celle du PICMG.

Enfin, dernière source d'interrogation, des doutes subsistent sur l'impact de la publication en décembre dernier de la révision 2.0 des spécifications des cartes AMC sur les spécifications du MicroTCA. Ce document apporte quelques modifications quant au format des cartes AMC (rajout d'un format intermédiaire, voir encadré) et sur les niveaux de puissance acceptés sur ces cartes.

Bref, on le voit, malgré le potentiel affiché par la philosophie générale du MicroTCA, il y a encore loin de la coupe aux lèvres. Néanmoins, tous les acteurs du marché s'accordent pour prédire un bel avenir au MicroTCA. Motorola, avec son système Centellis 1000, a par exemple d'ores et déjà annoncé publiquement plus d'un million de dollars de prise de commandes.

Certes, le domaine des télécommunications devrait représenter l'essentiel du marché visé par le MicroTCA, notamment au niveau des équipements dits de bordure de réseau : routeurs DS3/E3, équipements WiMax, DSLAM, passerelles VoIP... Mais d'autres secteurs d'activité sont intéressés par le concept, comme le médical où les bandes passantes offertes alliées à la compacité des équipements pourraient être idéales pour des systèmes très gourmands en puissance de calcul (scanner, IRM...), ou encore le contrôle industriel voire les applications militaires (photo E).

Si bien que le MicroTCA pourrait à terme concurrencer toutes les architectures déjà implantées sur le terrain. Il pourrait par exemple grignoter certaines places acquises par l'ATCA en raison des réductions de coûts qu'il entraîne (estimé entre 40 et 50 % à fonctions égales). Il pourrait aussi remplacer avantageusement certains systèmes CompactPCI 2.16, dont la bande passante est limitée à la fois à cause du bus PCI en fond de panier et des liens Ethernet cantonnés au seul connecteur P0. Enfin, il pourrait même dans certains cas concurrencer le VME sur des applications durcies (photo D), en offrant une plus grande souplesse mécanique et des bandes passantes plus élevées.