为什么您应该关注 VPX 控制板尺寸（即使您不是火箭科学家）

试想一下，要把一台功能强大的游戏电脑装进一个背包，还要配备所有高端显卡和冷却系统。这就是工程师在设计用于恶劣环境（如军用车辆、飞机或工业自动化）的高性能计算机系统时所面临的挑战。这些系统需要具有超乎想象的强大功能和可靠性，并能承受极端温度、冲击和振动。这就是 VPX 板的用武之地。

VPX 是一套用于构建坚固耐用的模块化计算机系统的标准，可以处理这些要求苛刻的应用。但问题是：这些 VPX 板卡的尺寸不仅仅是把它们装进盒子里的问题。它是直接影响系统性能、冷却方式和最终功能的关键因素。就像为汽车选择合适尺寸的发动机一样--太小，您就没有足够的动力并入高速公路；太大，您就会浪费燃料并承受不必要的重量。在 VPX 的世界里，选择合适的电路板尺寸也是一种微妙的平衡行为。本文将深入探讨 VPX 板的尺寸世界，探讨不同的可用尺寸、其中的权衡，以及为什么这一切都很重要，即使你不是一个铁杆工程师。

基石：VPX 及其标准的简史

在了解不同尺寸之前，我们先来了解一下 VPX 的起源。这一切都源于一种名为 VMEbus 的古老技术，它是当年构建工业和军用计算机系统的流行标准。但随着技术的发展，VMEbus 开始显露出老态。它的速度不足以应对现代应用日益增长的需求，也没有达到所需的坚固耐用程度。

就像从笨重的老式拨号调制解调器过渡到如今快如闪电的光纤网络一样。这需要一个巨大的飞跃。这就是 VPX 的由来。VPX 于 2000 年代中期推出，旨在成为 VMEbus 更强大、更快速的后续产品。它采用先进的连接器技术和高速串行通信，性能大幅提升。

但为什么像 VPX 这样的标准如此重要呢？想象一下，在这个世界上，每个手机充电器都是不同的，或者每个灯泡都有一个独特的插座。混乱不堪，对吧？标准可确保不同制造商生产的不同组件能够无缝协作。它们创造了一个由兼容产品组成的健康生态系统，使构建复杂系统变得更容易、更具成本效益。就 VPX 而言，VITA 46.0 标准（及其相关标准）定义了 VPX 板的机械和电气规格，确保了互操作性并简化了系统集成。这种标准化是 VPX 生态系统的基石，促进了制造商之间的创新和竞争。

认识主要玩家3U 和 6U VPX 板说明

现在，让我们来谈谈问题的核心：VPX 板卡的不同尺寸。最常见的两种外形尺寸是 3U 和 6U。U "指的是 "机架单位"，是机架安装设备的标准测量单位。

3U：紧凑型冠军

将 3U VPX 板视为 VPX 世界中紧凑、灵活的跑车。它们体积更小、重量更轻，非常适合空间和重量都非常有限的应用。

• 尺寸和规格 一块 3U VPX 板高约 100 毫米（约 4 英寸），深约 160 毫米（约 6.3 英寸）。为了让您更直观地了解尺寸，这相当于一个小鞋盒或一本厚厚的精装书的大小。它们通常有 0.8 英寸或 1.0 英寸的插槽间距，这是指系统中电路板之间的间距。
• 连接区： 这些电路板有指定的连接器区域，用于将它们与系统内的其他电路板和组件连接起来。你经常会听到 P0、P1 和 P2 这样的术语。把它们想象成电脑上不同类型的端口--一些用于电源，一些用于高速数据，还有一些用于其他特殊功能。这些连接器区域的排列和功能对于背板设计（连接所有电路板的主干）至关重要。
• 冷却挑战： 有趣的地方就在这里。在狭小的空间内装入大量处理能力会产生大量热量。保持 3U 板的冷却对于可靠运行至关重要。由于 3U 板体积小巧，传统的冷却方法可能具有挑战性。工程师通常依靠传导冷却，即通过楔形锁等专用组件将热量从电路板传递到机箱。这些部件就像热桥，将热量从敏感元件传导出去。
• 使用案例： 3U VPX 板是空间狭小、重量大的应用场合的最佳选择。例如
  • 无人驾驶飞行器 (UAV)： 无人机需要功能强大的机载计算机来进行导航、图像处理和通信，但同时也需要轻便节能。
  • 便携式通信系统： 军用无线电和其他便携式通信设备需要坚固耐用、结构紧凑的计算解决方案。
  • 导弹制导系统： 这些系统需要体积小、重量轻，并能承受极大的加速度和振动。

6U：重量级英雄

如果说 3U 板是跑车，那么 6U 板就是 VPX 世界的重型卡车。它们体积更大、功能更强，为复杂系统提供了更大的灵活性。

• 尺寸和规格 6U VPX 板的高度大约是 3U 板的两倍，高约 233.35 毫米（9.2 英寸），而深度保持不变，仍为 160 毫米（6.3 英寸）。这大大增加了工作空间。它们还提供 0.8 英寸或 1.0 英寸插槽间距。
• 更多空间，更多动力： 额外的空间意味着有更大的空间容纳组件、更强大的处理器和更先进的功能。这就好比有了更大的画布，你可以更自由地创作出更复杂、更强大的系统。
• 高级连接器选项： 6U 板在 3U 板的基础上增加了连接器区（P3、P4、P5、P6）。这些额外的区域为连接外设、专用 I/O 模块和高速通信链路提供了更大的灵活性。这使得背板拓扑结构更加复杂，从而实现了复杂的系统架构。
• 增强冷却： 虽然 6U 板有更大的空间，但它们也往往容纳更强大的组件，从而产生更多的热量。幸运的是，更大的尺寸允许采用更先进的冷却解决方案。除了传导冷却外，6U 系统通常采用气流冷却，即风扇直接吹过电路板散热。对于要求最苛刻的应用，可采用液体冷却，通过电路板上的专用通道循环冷却液，从而更有效地去除热量。
• 使用案例： 6U VPX 板卡是高性能应用的主力军，例如：..：
  • 雷达处理： 雷达系统需要强大的处理能力来实时分析大量数据。6U 板为这些要求苛刻的任务提供了必要的动力。
  • 电子战（EW）： 电子战系统需要能够探测、分析和应对复杂的电子威胁。6U VPX 的处理能力和灵活性在这一领域至关重要。
  • 信号情报（SIGINT）： 这些系统拦截和分析通信信号，需要高速处理和大量内存，而 6U 板卡可以轻松提供这些功能。
  • 高性能嵌入式计算（HPEC）： 任何对处理能力要求极高的应用，如复杂模拟或实时数据分析，都可以从 6U VPX 的功能中获益。

打破常规思维：当标准尺寸无法满足需要时

虽然 3U 和 6U 是最常见的 VPX 板尺寸，但它们并不是唯一的选择。有时，项目有独特的要求，需要采用不同的方法。

半高 3U 的秘密

试想一下，即使是标准的 3U 板，也会因为高度过高而无法在可用空间内安装。这就是半高 3U VPX 板这种利基解决方案发挥作用的地方。顾名思义，这些板卡的高度大约是标准 3U 板卡的一半，但深度保持不变。这样，它们就可以用于寸土寸金的超紧凑系统中。然而，这种尺寸的缩小是有代价的。元件空间变小，连接器选择变少，热管理挑战更大。半高 3U 板通常用于非常专业的应用，因为在这些应用中，空间限制是最重要的。

OpenVPX：棋盘尺寸的选择冒险

OpenVPX (VITA 65) 为 VPX 生态系统增加了另一层灵活性。可以将其视为模块化程度更高、适应性更强的 VPX 版本。它定义了一套 "配置文件"，规定了板卡和背板的不同配置。它就像一套积木，你可以通过各种方式将其组合起来，创造出完美的系统。

虽然 OpenVPX 没有定义全新的电路板尺寸，但它允许改变连接器的使用方式和电路板的互连方式。这样，系统设计人员就可以对架构进行微调，以满足特定的性能和 I/O 要求。例如，系统可以混合使用 3U 和 6U 板卡，也可以使用具有不同连接器配置的板卡，但所有这些都在同一 OpenVPX 框架内。这种灵活性对于具有不同处理和 I/O 需求的复杂系统尤为重要。

定制：根据您的需求定制 VPX

有时，即使是 OpenVPX 的灵活性也不够。在这种情况下，工程师可能会选择定制设计的 VPX 板。这就好比量身定制一套西装，完全按照你的尺寸和喜好量身定做。定制 VPX 板的设计可以适应不寻常的空间、容纳特定的组件或满足独特的性能要求。

然而，定制也会带来一系列挑战。设计定制电路板是一个复杂而耗时的过程。它需要专业的技术知识，而且可能比使用标准电路板昂贵得多。此外，还要考虑潜在的兼容性问题。定制电路板可能无法与现成的 VPX 组件无缝配合，需要进一步定制或专门集成。

尽管存在这些挑战，定制 VPX 板仍然是某些应用的理想解决方案。例如，国防承包商可能需要一块专用板，用于具有独特安全要求的机密项目。或者，研究机构可能需要定制电路板来连接独一无二的科学仪器。在这些情况下，定制解决方案的优势可能会超过成本和复杂性。

连接器、组件和挤压游戏：一切如何配合

我们已经谈了很多电路板的尺寸，但重要的是要记住，这些电路板上装满了元件，而所有这些元件都需要连接起来。这就是连接器的作用，它们在决定 VPX 系统的整体尺寸和功能方面起着至关重要的作用。

VPX 板使用专门的高速连接器，可在处理大量数据的同时将信号衰减降至最低。你可能会听到 "MultiGig RT "这样的术语。这些连接器是工程技术的奇迹，能在狭小的空间内容纳数百个引脚，即使在恶劣的环境中也能确保可靠的连接。它们的设计能够承受冲击、振动和极端温度，确保在最具挑战性的条件下保持数据完整性。

VPX 电路板上使用的连接器类型和密度对电路板的尺寸和功能有直接影响。更多的连接器意味着更大的 I/O 容量，但也会占用电路板上更多的空间。工程师需要仔细考虑特定应用所需的连接器数量和类型，在 I/O 要求和空间限制之间取得平衡。

除了连接器，电路板上元件的位置也至关重要。工程师使用复杂的软件工具来优化元件位置，最大限度地减少信号路径长度，降低电磁干扰。这就像解决一个复杂的 3D 拼图，每一块都需要完美契合，以确保最佳性能。印刷电路板制造中使用高密度互连 (HDI) 等技术进一步提高元件密度，从而在一块电路板上实现更多功能。

保持凉爽：为何尺寸对热量管理至关重要

热量是电子产品的天敌。随着元件体积越来越小，功能越来越强大，它们产生的热量也越来越多，如何管理这些热量就成了一个严峻的挑战。这一点在 VPX 领域尤为明显，因为电路板通常紧密地挤在封闭的机箱中。

VPX 板的尺寸对其热管理要求有重大影响。较小的电路板（如 3U）散热面积较小，因此冷却难度较大。较大的电路板，如 6U 板，有更多空间用于散热片和其他冷却机制，但它们也往往容纳功能更强大的组件，从而产生更多热量。

以下是 VPX 系统中常用冷却技术的概述：

• 传导冷却： 这是冷却 VPX 板的常用方法，尤其是在恶劣环境中。热量通过直接接触从电路板传递到机箱，通常使用楔形锁等专用组件。这些楔形锁具有双重作用：既能将电路板固定在机箱内，又能提供散热通道。热界面材料（如间隙垫或热粘贴）用于提高电路板与机箱之间的热传导效率。这种方法虽然有效，但有赖于机箱本身能够有效散热。
• 气流冷却： 这种技术使用风扇直接向 VPX 电路板吹风，带走热量。与传导冷却相比，这是一种更主动的冷却方法，在大功率应用中更为有效。不过，它需要仔细考虑气流路径，而且更容易受到灰尘和其他污染物的影响。由于 6U 板尺寸更大，气流更通畅，因此气流通过式冷却更常用于 6U 板。
• 液流冷却： 对于最极端的热管理需求，可以采用液体冷却。这包括通过 VPX 电路板上的通道循环冷却液，如专用介电液。冷却液从元件中吸收热量，并将热量带到热交换器中，然后将热量散发出去。液体冷却非常有效，但会增加系统的复杂性和成本。它通常用于要求最苛刻的应用，如高性能雷达或电子战系统。

冷却方法的选择取决于多种因素，包括电路板的尺寸、元件的功耗、运行环境和整体系统设计。工程师通常使用热仿真软件来模拟热流，确保所选的冷却解决方案有效。

未来很小（也很快）：VPX 的下一步是什么？

嵌入式计算领域在不断发展，VPX 也不例外。工程师们总是在不断挑战极限，努力使系统变得更小、更快、更强大。

其中一个趋势是向更小的外形尺寸发展。VITA 74（又称 VNX）是一种较新的标准，它定义了比 3U VPX 更小的外形尺寸。VNX 电路板非常紧凑，适合空间极其有限的应用，如小型无人机或可穿戴电子设备。然而，这些更小的尺寸在热管理和 I/O 密度方面带来了更大的挑战。

另一个主要趋势是越来越多地使用光互连技术。光互连使用光，而不是使用电信号在电路板之间传输数据。这就大大提高了带宽，降低了延迟，从而加快了数据传输，提高了系统性能。在 VPX 领域，光学互连仍是一项相对较新的技术，但它们为未来的高性能系统带来了巨大的发展前景。光学技术的采用很可能会影响未来的电路板设计，有可能导致新的连接器类型和背板架构。

片上系统（SoC）技术的兴起也对 VPX 板设计产生了影响。SoC 将处理、内存和 I/O 等多种功能集成到单个芯片上。这有助于减少 VPX 板的尺寸和复杂性，因为所需的分立元件更少。SoC 还能提高性能，降低功耗。然而，将 SoC 集成到 VPX 生态系统中会带来标准化和互操作性方面的挑战。

这些只是 VPX 未来发展趋势的一小部分。随着技术的不断进步，我们有望看到 VPX 板卡设计的更多创新，从而带来更小、更快、功能更强的系统。新 VITA 标准的不断发展将在推动这些进步和确保 VPX 生态系统持续成功方面发挥至关重要的作用。

总结：尺寸、性能和 VPX 优势

在对 VPX 电路板尺寸的探讨中，我们涉及了很多方面。我们得出的主要结论是，尺寸不仅与物理尺寸有关，它还是影响 VPX 系统设计和功能各个方面的关键因素。从电路板上可容纳的元件数量到冷却方法，尺寸都起着至关重要的作用。

选择合适的 VPX 板卡尺寸（无论是 3U、6U 还是定制外形尺寸）需要仔细考虑应用的具体要求。工程师需要在性能需求与空间和重量限制、热管理挑战以及整体系统架构之间取得平衡。

VPX 标准为构建高性能嵌入式计算系统提供了一个强大而灵活的平台。其模块化设计以及多种可用的电路板尺寸和配置，使其适用于从航空航天和国防到工业自动化和科学研究的各种应用。

如果您正在寻找一个坚固耐用的高性能计算解决方案，VPX 将为您提供一个功能强大、用途广泛的平台。在连接器技术、热管理和组件集成等方面的进步推动下，VPX 不断发展，确保其在未来数年内始终处于嵌入式计算的前沿。请联系我们，进一步了解 VPX 如何满足您的特定需求并帮助您构建下一代高性能系统。