Por qué deberían importarle los tamaños de las placas VPX (aunque no sea un científico de cohetes)

Imagínese intentar meter en una mochila un potente PC para juegos, con todas sus tarjetas gráficas de gama alta y sistemas de refrigeración. Ese es básicamente el tipo de reto al que se enfrentan los ingenieros cuando diseñan sistemas informáticos de alto rendimiento para entornos difíciles, como los que se encuentran en vehículos militares, aviones o automatización industrial. Estos sistemas deben ser increíblemente potentes, fiables y capaces de soportar temperaturas extremas, golpes y vibraciones. Aquí es donde entran en juego las placas VPX.

VPX es un conjunto de normas para construir sistemas informáticos robustos y modulares que puedan hacer frente a estas exigentes aplicaciones. Pero la cuestión es que el tamaño de estas placas VPX no es sólo una cuestión de encajarlas en una caja. Es un factor crítico que influye directamente en el rendimiento del sistema, en cómo se refrigera y, en definitiva, en lo que es capaz de hacer. Piense que es como elegir el motor adecuado para su coche: si es demasiado pequeño, no tendrá potencia suficiente para incorporarse a la autopista; si es demasiado grande, gastará combustible y cargará con un peso innecesario. En el mundo del VPX, elegir el tamaño adecuado de la tabla es un delicado acto de equilibrio. En este artículo nos adentraremos en el mundo de las dimensiones de las tablas de VPX, explorando los diferentes tamaños disponibles, las ventajas y desventajas y por qué todo esto es importante, incluso si no eres un ingeniero empedernido.

Los componentes básicos: Breve historia del VPX y sus normas

Antes de pasar a los distintos tamaños, hagamos un pequeño desvío para entender de dónde viene VPX. Todo empezó con una tecnología más antigua llamada VMEbus, que en su día fue un estándar popular para construir sistemas informáticos industriales y militares. Pero a medida que la tecnología avanzaba, VMEbus empezó a mostrar su edad. No era lo bastante rápido para satisfacer las crecientes demandas de las aplicaciones modernas y no era tan robusto como se necesitaba.

Piense en ello como si fuera la transición de un viejo y tosco módem telefónico al rapidísimo Internet de fibra óptica de hoy en día. Se necesitaba un gran salto adelante. Ahí es donde entra VPX. Presentado a mediados de la década de 2000, VPX fue diseñado para ser un sucesor más robusto y mucho más rápido de VMEbus. Utiliza una avanzada tecnología de conectores y comunicación serie de alta velocidad para ofrecer un enorme aumento del rendimiento.

Pero, ¿por qué son tan importantes normas como la VPX? Imaginemos un mundo en el que cada cargador de teléfono fuera diferente, o cada bombilla tuviera un enchufe único. Un caos, ¿verdad? Las normas garantizan que los distintos componentes de diferentes fabricantes puedan funcionar juntos sin problemas. Crean un ecosistema sano de productos compatibles, lo que facilita y abarata la construcción de sistemas complejos. En el caso del VPX, la norma VITA 46.0 (y sus normas relacionadas) define las especificaciones mecánicas y eléctricas de las tarjetas VPX, garantizando la interoperabilidad y simplificando la integración de sistemas. Esta normalización es la piedra angular del ecosistema VPX, ya que fomenta la innovación y la competencia entre fabricantes.

Conozca a los protagonistas: Explicación de las placas VPX 3U y 6U

Vayamos ahora al meollo de la cuestión: los diferentes tamaños de las placas VPX. Los dos factores de forma más comunes son 3U y 6U. La "U" se refiere a "unidades de rack", una unidad de medida estándar para equipos montados en bastidor.

3U: El campeón compacto

Piense en las tarjetas VPX 3U como en los deportivos compactos y ágiles del mundo VPX. Son más pequeñas y ligeras, lo que las hace ideales para aplicaciones en las que el espacio y el peso son primordiales.

• Tamaño y dimensiones: Una placa VPX 3U mide aproximadamente 100 mm de alto y 160 mm de fondo. Para que te hagas una idea, tiene el tamaño de una caja de zapatos pequeña o de un libro de tapa dura. Suelen tener un paso de ranura de 0,8 o 1 pulgada, que es el espacio entre las placas de un sistema.
• Zonas de conexión: Estas placas tienen áreas específicas designadas para conectores, que se utilizan para enlazarlas con otras placas y componentes del sistema. A menudo oirás términos como P0, P1 y P2. Piensa en ellos como si fueran distintos tipos de puertos de tu ordenador: algunos para alimentación, otros para datos de alta velocidad y otros para otras funciones especializadas. La disposición y las capacidades de estas zonas de conectores son cruciales para el diseño de la placa base (la columna vertebral que conecta todas las placas).
• Retos de la refrigeración: Aquí es donde las cosas se ponen interesantes. Mucha potencia de procesamiento en poco espacio genera mucho calor. Mantener frías las placas 3U es esencial para un funcionamiento fiable. Debido a su tamaño compacto, los métodos de refrigeración tradicionales pueden resultar complicados. Los ingenieros suelen confiar en la refrigeración por conducción, en la que el calor se transfiere de la placa al chasis a través de componentes especializados como los cierres de cuña. Éstos actúan como puentes térmicos, alejando el calor de los componentes sensibles.
• Casos prácticos: Las placas VPX 3U son una gran elección para aplicaciones en las que el espacio es reducido y el peso es una preocupación. Piensa en cosas como:
  • Vehículos aéreos no tripulados (UAV): Los drones necesitan potentes ordenadores de a bordo para la navegación, el procesamiento de imágenes y la comunicación, pero también deben ser ligeros y eficientes energéticamente.
  • Sistemas portátiles de comunicación: Las radios militares y otros dispositivos de comunicación portátiles requieren soluciones informáticas robustas y compactas.
  • Sistemas de guiado de misiles: Estos sistemas deben ser pequeños, ligeros y capaces de soportar aceleraciones y vibraciones extremas.

6U: El héroe de los pesos pesados

Si las placas 3U son los coches deportivos, las placas 6U son los camiones pesados del mundo VPX. Son más grandes, más potentes y ofrecen mayor flexibilidad para sistemas complejos.

• Tamaño y dimensiones: Una placa VPX 6U es aproximadamente el doble de alta que una placa 3U, midiendo unos 233,35mm (9,2 pulgadas) de alto y manteniendo la misma profundidad de 160mm (6,3 pulgadas). Esto le da mucho más espacio para trabajar. También están disponibles con ranuras de 0,8 o 1,0 pulgadas.
• Más espacio, más potencia: Ese espacio extra se traduce en más espacio para componentes, procesadores más potentes y funciones más avanzadas. Es como tener un lienzo más grande para pintar: tienes más libertad para crear un sistema más complejo y capaz.
• Opciones avanzadas de conexión: Las placas 6U cuentan con zonas de conectores adicionales (P3, P4, P5, P6) además de las que se encuentran en las placas 3U. Estas zonas adicionales proporcionan más flexibilidad para conectar periféricos, módulos de E/S especializados y enlaces de comunicación de alta velocidad. Esto permite topologías de placa base más complejas y arquitecturas de sistema más sofisticadas.
• Refrigeración mejorada: Aunque las placas 6U tienen más espacio, también suelen albergar componentes más potentes que generan más calor. Afortunadamente, el mayor tamaño permite soluciones de refrigeración más avanzadas. Además de la refrigeración por conducción, los sistemas 6U suelen utilizar la refrigeración por flujo de aire, en la que los ventiladores soplan aire directamente a través de las placas para disipar el calor. Para las aplicaciones más exigentes, se puede emplear la refrigeración líquida, que hace circular el refrigerante a través de canales especializados en la placa para eliminar el calor de forma aún más eficaz.
• Casos prácticos: Las placas VPX 6U son los caballos de batalla de aplicaciones de alto rendimiento como:
  • Procesamiento por radar: Los sistemas de radar requieren una enorme capacidad de procesamiento para analizar grandes cantidades de datos en tiempo real. Las tarjetas 6U proporcionan la potencia necesaria para estas exigentes tareas.
  • Guerra electrónica (EW): Los sistemas EW deben ser capaces de detectar, analizar y contrarrestar amenazas electrónicas sofisticadas. La capacidad de procesamiento y la flexibilidad de 6U VPX son esenciales en este ámbito.
  • Inteligencia de señales (SIGINT): Estos sistemas interceptan y analizan las señales de comunicación, lo que requiere un procesamiento de alta velocidad y grandes cantidades de memoria, que las placas 6U pueden proporcionar fácilmente.
  • Computación empotrada de alto rendimiento (HPEC): Cualquier aplicación que exija la máxima potencia de procesamiento, como simulaciones complejas o análisis de datos en tiempo real, puede beneficiarse de las capacidades de 6U VPX.

Pensar con originalidad: Cuando los tamaños estándar no son suficientes

Aunque 3U y 6U son los tamaños de placa VPX más comunes, no son las únicas opciones. A veces, un proyecto tiene requisitos únicos que requieren un enfoque diferente.

El secreto de las 3U de media altura

Imagine una situación en la que incluso una placa 3U estándar es demasiado alta para caber en el espacio disponible. Ahí es donde entra en juego la solución de las placas VPX 3U de media altura. Como su nombre indica, estas placas tienen aproximadamente la mitad de altura que una placa 3U estándar, pero mantienen la misma profundidad. Esto permite utilizarlas en sistemas extremadamente compactos en los que cada milímetro cuenta. Sin embargo, este tamaño reducido tiene sus contrapartidas. Dispondrá de menos espacio para los componentes, menos opciones de conectores e incluso mayores retos de gestión térmica. Las placas 3U de media altura suelen reservarse para aplicaciones muy especializadas en las que las limitaciones de espacio son primordiales.

OpenVPX: una aventura para elegir el tamaño del tablero

OpenVPX (VITA 65) añade otra capa de flexibilidad al ecosistema VPX. Se trata de una versión más modular y adaptable de VPX. Define un conjunto de "perfiles" que especifican distintas configuraciones para placas y placas base. Es como tener un conjunto de bloques de construcción que se pueden combinar de varias maneras para crear el sistema perfecto.

Aunque OpenVPX no define tamaños de placa totalmente nuevos, permite variaciones en el uso de los conectores y la interconexión de las placas. Esto permite a los diseñadores de sistemas ajustar la arquitectura para satisfacer requisitos específicos de rendimiento y E/S. Por ejemplo, un sistema puede utilizar una combinación de placas 3U y 6U, o placas con distintas configuraciones de conectores, todo ello dentro del mismo marco OpenVPX. Esta flexibilidad es especialmente valiosa en sistemas complejos con diversas necesidades de procesamiento y E/S.

A su medida: Adaptar VPX a sus necesidades

A veces, ni siquiera la flexibilidad de OpenVPX es suficiente. En esos casos, los ingenieros pueden optar por una placa VPX diseñada a medida. Es como hacerse un traje a medida que se ajuste exactamente a sus medidas y preferencias. Las placas VPX personalizadas pueden diseñarse para encajar en espacios inusuales, alojar componentes específicos o cumplir requisitos de rendimiento únicos.

Sin embargo, la personalización conlleva sus propios retos. Diseñar una placa a medida es un proceso complejo y largo. Requiere conocimientos especializados y puede ser bastante más caro que utilizar placas estándar. También hay que tener en cuenta posibles problemas de compatibilidad. Es posible que una placa personalizada no funcione a la perfección con componentes VPX estándar, lo que requeriría una mayor personalización o esfuerzos de integración especializados.

A pesar de estas dificultades, las tarjetas VPX personalizadas pueden ser la solución ideal para determinadas aplicaciones. Por ejemplo, un contratista de defensa puede necesitar una placa especializada para un proyecto clasificado con requisitos de seguridad únicos. O una institución de investigación puede necesitar una placa personalizada para interactuar con un instrumento científico único. En estos casos, las ventajas de una solución a medida pueden compensar los costes y la complejidad.

Conectores, componentes y el juego de apretar: cómo encaja todo

Hemos hablado mucho de los tamaños de las placas, pero es importante recordar que estas placas están repletas de componentes, y todos esos componentes tienen que estar conectados. Aquí es donde entran en juego los conectores, que desempeñan un papel crucial a la hora de determinar las dimensiones y capacidades generales de un sistema VPX.

Las placas VPX utilizan conectores especializados de alta velocidad diseñados para manejar grandes cantidades de datos con una degradación mínima de la señal. Es posible que oiga términos como "MultiGig RT". Estos conectores son una maravilla de la ingeniería, ya que alojan cientos de patillas en un espacio reducido y garantizan conexiones fiables incluso en entornos difíciles. Están diseñados para resistir golpes, vibraciones y temperaturas extremas, garantizando la integridad de los datos en las condiciones más difíciles.

El tipo y la densidad de los conectores utilizados en una placa VPX repercuten directamente en su tamaño y capacidades. Más conectores significan más capacidad de E/S, pero también ocupan más espacio en la placa. Los ingenieros deben considerar cuidadosamente el número y tipo de conectores necesarios para una aplicación concreta, equilibrando los requisitos de E/S con las limitaciones de espacio.

Más allá de los conectores, la colocación de los componentes en la placa también es fundamental. Los ingenieros utilizan sofisticadas herramientas de software para optimizar la colocación de los componentes, minimizar la longitud de las rutas de señal y reducir las interferencias electromagnéticas. Es como resolver un complejo puzzle en 3D, en el que cada pieza debe encajar a la perfección para garantizar un rendimiento óptimo. Técnicas como la interconexión de alta densidad (HDI) se utilizan en la fabricación de placas de circuito impreso para aumentar aún más la densidad de componentes, lo que permite incluir más funciones en una sola placa.

Mantenerse fresco: Por qué es importante el tamaño para controlar el calor

El calor es el enemigo de la electrónica. A medida que los componentes se hacen más pequeños y potentes, generan más calor, y gestionar ese calor se convierte en un reto crítico. Esto es especialmente cierto en el mundo del VPX, donde las placas suelen estar muy juntas en chasis cerrados.

El tamaño de una tarjeta VPX tiene un impacto significativo en sus requisitos de gestión térmica. Las placas más pequeñas, como las 3U, tienen menos superficie para disipar el calor, lo que dificulta su refrigeración. Las placas más grandes, como las 6U, tienen más espacio para disipadores y otros mecanismos de refrigeración, pero también suelen alojar componentes más potentes que generan más calor.

He aquí un resumen de las técnicas de refrigeración más utilizadas en los sistemas VPX:

• Refrigeración por conducción: Se trata de un método habitual para refrigerar las placas VPX, especialmente en entornos difíciles. El calor se transfiere de la placa al chasis a través del contacto directo, a menudo utilizando componentes especializados como los cierres de cuña. Estos cierres de cuña cumplen una doble función: fijan la placa al chasis y proporcionan una vía térmica para la evacuación del calor. Para mejorar la eficacia de la transferencia de calor entre la placa y el chasis se utilizan materiales de interfaz térmica, como almohadillas o pasta térmica. Este método es eficaz, pero depende de que el propio chasis sea capaz de disipar el calor con eficacia.
• Refrigeración por flujo de aire: Esta técnica utiliza ventiladores para soplar aire directamente a través de las placas VPX, arrastrando el calor. Es un método de refrigeración más activo que la refrigeración por conducción y puede ser más eficaz en aplicaciones de alta potencia. Sin embargo, requiere una cuidadosa consideración de las trayectorias del flujo de aire y puede ser más susceptible al polvo y otros contaminantes. La refrigeración por flujo de aire es más común en placas 6U debido a su mayor tamaño, que permite un mejor flujo de aire.
• Refrigeración por flujo de líquido: Para las necesidades de gestión térmica más extremas, puede emplearse la refrigeración líquida. Esto implica hacer circular un refrigerante, como un fluido dieléctrico especializado, por los canales de la placa VPX. El refrigerante absorbe el calor de los componentes y lo transporta a un intercambiador de calor, donde se disipa. La refrigeración líquida es muy eficaz, pero añade complejidad y coste al sistema. Suele reservarse para las aplicaciones más exigentes, como los radares de alto rendimiento o los sistemas de guerra electrónica.

La elección del método de refrigeración depende de varios factores, como el tamaño de la placa, el consumo de energía de los componentes, el entorno operativo y el diseño general del sistema. Los ingenieros suelen utilizar software de simulación térmica para modelar el flujo de calor y asegurarse de que la solución de refrigeración elegida será eficaz.

El futuro es pequeño (y rápido): ¿Qué es lo próximo para VPX?

El mundo de la informática integrada evoluciona constantemente, y VPX no es una excepción. Los ingenieros no cesan de ampliar los límites, esforzándose por conseguir sistemas más pequeños, más rápidos y más potentes.

Una de las tendencias es la búsqueda de factores de forma aún más pequeños. VITA 74, también conocida como VNX, es una nueva norma que define un factor de forma aún más pequeño que VPX 3U. Las placas VNX son increíblemente compactas, lo que las hace idóneas para aplicaciones en las que el espacio es extremadamente limitado, como los pequeños vehículos aéreos no tripulados o la electrónica para llevar puesta. Sin embargo, estos tamaños más pequeños conllevan retos aún mayores en términos de gestión térmica y densidad de E/S.

Otra tendencia importante es el uso creciente de interconexiones ópticas. En lugar de utilizar señales eléctricas para transmitir datos entre placas, las interconexiones ópticas utilizan la luz. Esto permite un ancho de banda mucho mayor y una latencia menor, lo que agiliza la transferencia de datos y mejora el rendimiento del sistema. Las interconexiones ópticas son todavía una tecnología relativamente nueva en el mundo VPX, pero son muy prometedoras para los futuros sistemas de alto rendimiento. La adopción de la tecnología óptica influirá probablemente en los futuros diseños de placas, lo que podría dar lugar a nuevos tipos de conectores y arquitecturas de backplane.

El auge de la tecnología System-on-Chip (SoC) también está influyendo en el diseño de las placas VPX. Los SoC integran múltiples funciones, como procesamiento, memoria y E/S, en un solo chip. Esto puede ayudar a reducir el tamaño y la complejidad de las placas VPX, ya que se necesitan menos componentes discretos. Los SoC también pueden mejorar el rendimiento y reducir el consumo de energía. Sin embargo, la integración de los SoC en el ecosistema VPX plantea problemas de estandarización e interoperabilidad.

Éstas son sólo algunas de las tendencias que marcan el futuro del VPX. A medida que la tecnología siga avanzando, podemos esperar ver aún más innovación en el diseño de placas VPX, lo que dará lugar a sistemas más pequeños, más rápidos y más capaces. El desarrollo continuo de nuevos estándares VITA desempeñará un papel crucial a la hora de impulsar estos avances y garantizar el éxito continuado del ecosistema VPX.

Para terminar: Tamaño, rendimiento y la ventaja VPX

Hemos cubierto mucho terreno en esta exploración de las dimensiones de la placa VPX. Lo más importante es que el tamaño no sólo tiene que ver con las dimensiones físicas, sino que es un factor crítico que afecta a todos los aspectos del diseño y las capacidades de un sistema VPX. Desde el número de componentes que se pueden incluir en una placa hasta los métodos utilizados para la refrigeración, el tamaño desempeña un papel crucial.

La elección del tamaño adecuado de la placa VPX -ya sea 3U, 6U o incluso un factor de forma personalizado- requiere una cuidadosa consideración de los requisitos específicos de la aplicación. Los ingenieros deben equilibrar las necesidades de rendimiento con las limitaciones de espacio y peso, los retos de la gestión térmica y la arquitectura general del sistema.

El estándar VPX proporciona una plataforma robusta y flexible para construir sistemas informáticos embebidos de alto rendimiento. Su diseño modular, unido a la amplia gama de tamaños y configuraciones de placa disponibles, lo hacen idóneo para una gran variedad de aplicaciones, desde la industria aeroespacial y de defensa hasta la automatización industrial y la investigación científica.

Si busca una solución informática robusta y de alto rendimiento, VPX le ofrece una plataforma potente y versátil. Su continua evolución, impulsada por los avances en tecnología de conectores, gestión térmica e integración de componentes, garantiza que seguirá a la vanguardia de la informática integrada en los próximos años. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre cómo VPX puede satisfacer sus necesidades específicas y ayudarle a construir la próxima generación de sistemas de alto rendimiento.