摘要　随着传统电信运营商转型和业务融合发展新趋势的到来，电信运营商在选择平台设备时，越来越注重以IMS为核心的NGN网络的基于标准化、开放性、高可用的平台，为用户提供丰富的业务。先进电信运算架构（ATCA，Advanced Telecom Computing Architecture）作为新一代计算机平台标准，能够确保平台的可靠性和稳定性，得到普遍的关注和青睐，成为下一代通信技术的新宠。

先进电信运算架构（ATCA）又被称为PICMG3.X，是用于满足高吞吐量、高可靠性的新一代计算平台标准，该标准将为电信行业制定全新的刀片式产品和机箱外形技术提供规范。目前，ATCA正由PCI工业计算机制造商协会（PICMG）进行开发，协会致力于满足CompactPCI及其他专有解决方案都不能满足的新一代通信应用中所提出的需要，该协会目前共有800余家成员公司、全球参与开发ATCA的公司已经达到100多家，包括电信设备制造商、计算机OEM厂商、应用计算平台提供商以及第三方硬件和软件厂商。

ATCA的主要目标是为电信级电信应用提供标准化的平台体系结构，并使之支持多种电信级特性，如网络设备构建系统（NEBS）和99.999%的可用性等。除此之外，这种体系结构还可以提供更多选择和多层解决方案堆叠的组件间的互操作能力，从而为开发商带来巨大优势。

ATCA着眼于新一代通信设备的要求，这种体系结构针对信令和媒介网关的连接性需求进行了优化，同时还为更高性能的计算元件提供了广阔的扩展空间。

ATCA将使解决方案具备高可用性、高性能以及更快的上市速度和更加强大的管理能力，从而满足根据开放标准创建的电信级网络组件的需要。

1、ATCA的主要优势

1.1　强大的功能

考虑到电信运营商不断增长的需求，ATCA标准采用了全新的设计标准，这一新标准有助于电信设备制造商满足运营商日益苛刻的要求，包括硬件可靠性、高可用性、可扩展性和I/O带宽，以及增强的可管理性和互操作性。ATCA支持基于数据包的多种交换背板，包括以太网、Star Fabric、光纤通道、InfiniBand和PCIExpress等背板规范。该系列规范体现了在高速互连技术、新一代处理器、增强可靠性、可管理性和可服务性等方面的最新发展趋势。ATCA的另一个重要特点是集中系统管理，具有基于智能平台管理接口（IPMI）1.5和每节点双IPMI/IPMB连接的集中冗余平台管理能力。

1.2　散热及系统的稳定性

在PICMG 3.X规范定义下，ATCA在外形设计（机箱）上确保了更大的空间，同时提供了冗余风扇设计，以增强散热系统的功能。这些基础设计有效地确保了设备系统获得电信级的稳定性，不会因为散热不足或设备过热而导致宕机。

1.3　双备份机制

ATCA采用全面的双备份机制，进一步保障了设备的热备份能力，基于ATCA之上的设计，在插槽、电源、风扇等多方面都保障了双备份功能，而更新总线、时钟总线和测试总线各自独立的优化配置，则使ATCA能够更好地满足电信环境的特殊稳定需求。

1.4　全网状结构

采用全网状结构，使ATCA内部的最高数据传输能力可高达2.4 Tbit/s，这使系统在多板卡状况下，电信数据传输瓶颈问题得到了根治。

1.5　完全开放化、标准化

ATCA平台从标准制定之初，就完全遵循开放化、标准化以及全网络共享的理念，这也正是其最大的优势和价值所在。基于ATCA平台，不仅能够因为开放性而获得更高性能需求上的满足，同时能够进一步降低总体部署成本，并最大限度地使不同厂商之间的产品兼容性得到进一步提升。

1.6　突出优点

基于ATCA架构的网络设备，无论是从设备性能、平台开放性方面，还是从提升运营商业务开展、降低运维成本和风险方面，乃至从设备提供商的研发速度、成本优势以及整个产业的兼容性方面，都有着极为明显的优点。主要体现在以下三方面：

一是基于ATCA架构的网络设备有较好的散热性能，这使得采用ATCA的网络设备能够使用更高计算速率的CPU。在同等条件下，采用ATCA标准的网络设备可以拥有更快的计算速度、更强的兼容性、更低的成本以及更为灵活和快速的业务部署能力。

二是电信运营商和大型行业用户采用ATCA设备，不仅能够强化系统弹性，而且容易实现新业务的无缝快速接入，降低管理支出和运营成本。逐步使用更低成本、更高性能的ATCA设备取代传统路由、交换、服务器设备在电信网络和应用中的地位，在降低网络建设和运维成本的同时，快速提供各种新型应用和业务，占领新增市场，满足迅速提升和快速变化的用户需求。

三是设备提供商由于采用标准化、模块化的架构，在电信设备的研发和生产上，更容易贴近运营商的业务需求而快速反应，有针对性地进行研发和快速供货，通过降低生产成本，进一步降低电信运营商的组网成本。并且还有利于电信运营商摆脱某种类型方案受到供货来源限制、被设备提供商“挟持”，帮助电信运营商扩大采购产品的范围，通过进一步竞争，更大程度上降低采购成本。

2、ATCA的产业化价值

ATCA作为针对下一代网络的标准架构体系规范，旨在满足下一代通信设备的要求。而大量基于ATCA、应用多核处理器的产品出现，特别是面向电信运营网络的高端设备出现，使ATCA设备的作用及其产业化价值获得了运营商方面更多的肯定。

2.1　业界普遍关注

ATCA自2002年诞生以来，就因其高速、稳定以及最为广泛的开放特性，而获得了运营商的关注和青睐。2004年以来，以中国移动为代表的运营商开始大量采用ATCA架构的通信设备。这些应用前期更多体现在移动多媒体网关产品和服务器产品上。2007年以来，ATCA架构开始拓展到固定网络中，特别是在汇聚层网络中，得到了极大关注。例如，基于ATCA架构和采用多核技术的迈普MP7500路由器已经获得并正在申请多达16项的自主知识产权专利发明，这些专利并非一些诸如外观设计等浅层次的创新，而是全部涉及到产品设计根本的技术专利。例如“一种多CPU互斥的方法”、“MIPS体系结构系统中代码段保护方法”、“多核并行先进先出队列处理系统及方法”等。这些基于ATCA的高端路由器专利，使得中国在打破国外厂商在高端路由的技术垄断方面，开辟了一条具有特色的途径。作为能够提供世界首款基于ATCA的高端汇聚核心路由器的厂商，迈普公司因此而名声大振。

ATCA作为一个行业性组织倡导的技术规范，从其诞生到目前拥有全球范围内超过450多家企业的支持，可谓发展迅速。全球大部分厂商能够有效利用ATCA的开放性和模块化两个最大的产业性特征，并且依赖于ATCA这一先进的架构，进行了大量的技术研究和产品开发。直接面向电信业务需求而设计的ATCA标准，从产生之初，就被应用到面向电信运营商业务的网络设备中。在早期，大部分基于ATCA设计的产品还局限于刀片服务器领域，而随着一些主要的网络设备商，如阿尔卡特、摩托罗拉、迈普通信等的纷纷加入，为ATCA的发展带来了新机遇。

2005年初，阿尔卡特宣布将ATCA作为移动和固定网络设备的优选架构，而在这之前的稍早时候，迈普通信低调公布基于ATCA架构的路由产品线路图。随后，阿尔卡特开始在软交换设备中采用ATCA技术，并推出了和ATCA相兼容的网关产品；ATCA领域内的另一大设备商摩托罗拉，则在ATCA刀片服务器领域开始发力，2007年6月，摩托罗拉发布了ATCA-9301刀片服务器，这款多核ATCA刀片服务器主要应用于电信级Linux环境，实现10 Gbit/s包转发吞吐量；2007年7月，迈普通信推出全球第一款基于ATCA的多核开放式标准路由器MP7500，成功地将ATCA和“多核”技术完美地结合在一起。与此同时，多核技术也在加速向网络设备中渗透，借助于成本优势、通用性好等优势，特别是随着计算速率快速上升、各芯片功能有效分离等新特性的加入，多核处理器已经在越来越多的领域逐步取代NP、ASIC等处理器，而成为电信设备提供商的主要选择。

大量基于ATCA的刀片服务器和机架产品相继出现，并随着PICMG3.0规范的确定，ATCA开始突破简单的数据模块和低层次刀片、网关产品，开始向网络更高应用迈进。2007年，中国网络设备提供商迈普公司在基于ATCA的路由领域有了重大突破。这一突破不仅是中国在高端路由器领域的创新，而且也是全球范围内第一款基于ATCA、面向电信城域汇聚网络的高端路由产品上的突破。

目前，积极推动ATCA开放架构应用的主要电信设备供应商包括英特尔、阿尔卡特朗讯以及NMS、迈普通信等。其中，英特尔和阿尔卡特朗讯在标准制定方面拥有强势地位，NMS在基于ATCA的运营商刀片服务器市场比较活跃。

2.2　确保电信级的要求

ATCA规范考虑到电信运营商不断增长的需求，采用了全新的设计，特别是这一新标准有助于电信设备制造商满足运营商日益苛刻的要求，包括硬件可靠性、高可用性、可扩展性和I/O带宽，以及增强的可管理性和互操作性。重要的是，ATCA可以根据需求，本着容易结合语音与数据的特性，建设开放性的电信等级的宽带网络架构，不但适合整合传统语音网络及IP数据网络，还会逐渐取代传统商用服务器在电信应用中的地位。它不仅可以降低网络建设及运行维护成本，而且能快速提供新的增值服务，抢占新的市场，满足用户不断变化的需求。同时，标准化、模块化意味着电信运营商可以从不同的设备提供商处购买相同的产品，而这也将会大大降低其采购成本，并可以利用专业分工实现利润的最大化。

2.3　开放性的电信架构降低了开发成本

ATCA是专门为电信领域具有广泛价值产业链支持的多种机箱尺寸与配置的重复利用而设计的，可以满足接入、边缘和服务器市场的广泛需求。电信设备制造商可以采用来自第三方厂商的可互操作和成熟的商业化软硬件组件，从而为设备厂商缩短了开发时间；同时，采用开放性的平台后，设备厂商可以将工作重心从硬件开发转向为服务提供商设计多样化的中间件和软件，真正体现出设备厂商之间的差异化，以提供更多的增值服务。更重要的是，基于开放性的电信架构为运营商带来了非常灵活的业务特性，有助于电信运营商快速地开发和增加新的业务，而且可使运营商系统集成的时间缩短一半以上，降低开发成本可达40%。这些正是一些电信运营商率先在其3G网的核心网中采用ATCA架构的意义所在。采用多核技术和ATCA架构，能够在同等制造成本的情况下，获得更高的性能以及更高的业务支持能力。专家认为：新一代网络的电信设备标准化、模块化这一趋势已经显现出来，按照电信设备5～7年的循环周期，电信设备标准化的高峰即将开始，而对于旧设备包袱很小的中国来说，这正是一次直接采用最新的平台架构，缩短同欧美国家技术差距的绝佳时机。

3、产品研发中需考虑的几点问题

当前，电信业正处在转型时期，运营商和大型企业客户需要新的服务，并愿意为此付费，但他们也越来越关注服务的实际价值，他们希望网络设备能够以快速且低成本的方式提供新的业务，以便在新业务突然出现时，能够以最快的速度部署设备，并且在管理更为复杂的网络和运维网络过程中，加强总体成本控制，在满足电信级业务的高可靠、高保障前提下，尽量降低备件的库存成本。电信级路由产品的设计和研发，无论是应用ATCA架构，还是传统架构，都是极为重要的方面。特别是随着市场竞争的日趋激烈，成本控制也成为产品设计和研发过程中必须考虑的重点之一。在开发基于ATCA的高端产品过程中，必须关注实际服务的价值问题。

（1）系统的散热设计

硬件架构的设计，特别是整个系统的散热设计。由于ATCA架构的插槽功耗接近200W，如果散热问题解决不好，就很难保持设备工作的稳定性。

（2）各功能平面的划分

采用ATCA架构，能够带来的好处是，实现控制系统和数据流的分离，提升计算、转发速率，进而提升整体性能。但同时，由于ATCA本身属于高速系统，因此在进行平面划分时，存在大量的难点。在设计过程中，必须克服诸多难点，实现控制平面、管理平面、数据平面的各自有效独立。

（3）更低功耗电源分布的设计

如何更为有效地降低功耗，一直是高端产品研发中的关键问题。特别是随着整个社会都在积极倡导节能，基于ATCA的最大优势在于，它能够通过有效的关键点分布设计原则，在实现整机供电充分的前提下，将功耗保持在最佳策略，使得采用ATCA架构的高端产品比其他架构的、同档次的产品，拥有更低的功耗。

4、结语

作为新一代开放式工业标准，ATCA自2002年推出后，就受到了业界瞩目。在产业链诸多企业的大力推进下，目前已经逐渐被业界接受。许多主要的电信设备制造商都已经采用ATCA设计新产品。现在，ATCA已从小范围的应用走向大家都普遍认可，并将会得到大规模的应用，成为下一代通信技术的新宠。