MicroTCA (ย่อมาจากMicro Telecommunications Computing ArchitectureหรือμTCA ) เป็นมาตรฐานแบบโมดูลาร์และเปิดที่สร้างและดูแลโดยPCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) โดยให้ข้อกำหนดทางไฟฟ้า กลไก ความร้อน และการจัดการเพื่อสร้าง ระบบคอมพิวเตอร์ แบบสวิตช์แฟบริคโดยใช้ การ์ด Advanced Mezzanine Cards (AMC) ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับแบ็คเพลน MicroTCA เป็นมาตรฐานที่สืบทอดมาจากมาตรฐานAdvancedTCA ^{[ 1 ]}

การขยายตัวอย่างรวดเร็วของการสื่อสาร เคลื่อนที่ และบริการที่เกี่ยวข้อง (เช่น ข้อความ) ในช่วงต้นสหัสวรรษทำให้ความต้องการพลังการประมวลผลในระบบโทรคมนาคมเพิ่มขึ้นสถาปัตยกรรมการประมวลผล " ระดับผู้ให้บริการ " ที่มีอยู่ (ดูRAS ) ไม่เหมาะสมที่จะรองรับโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงในขณะนั้น^{[ 2 ]}เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านั้น บริษัทประมาณ 100 แห่งได้ร่วมมือกันใน PICMG ส่งผลให้เกิดสถาปัตยกรรมโทรคมนาคมขั้นสูง (AdvancedTCA, ATCA) ซึ่งเผยแพร่ในปี 2545

หลังจากมีการนำ AdvancedTCA มาใช้ มาตรฐานจึงได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อรองรับระบบโทรคมนาคมขนาดเล็กที่ขอบเครือข่าย^{[ 1 ]}มาตรฐานนี้มุ่งเน้นไปที่ระบบที่มีขนาดกะทัดรัดและราคาถูกกว่า โดยไม่ลดทอนความน่าเชื่อถือหรือปริมาณข้อมูล มาตรฐานนี้เรียกว่า MicroTCA ซึ่งได้รับการรับรองในปี 2549

หลังจากเปิดตัว ระบบ MicroTCA ได้ถูกนำไปใช้ในภาคส่วนที่ไม่เกี่ยวข้องกับการสื่อสารโทรคมนาคม เช่น การป้องกันประเทศ การบินและวิทยาศาสตร์ ส่งผลให้มีการขยายมาตรฐานพื้นฐานออกไป ซึ่งเรียกว่าโมดูล

ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับคุณสมบัติทั่วไปของโมดูลอื่นๆ ทั้งหมด ได้รับการอนุมัติเมื่อวันที่ 6 กรกฎาคม พ.ศ. 2549 ^{[ 3 ]}ซึ่งรวมถึง:

• ข้อกำหนดทางกล เช่น ขนาดที่เป็นไปได้ของช่องใส่การ์ด แผงวงจร และโมดูล AMC ที่รองรับ
• ข้อกำหนดทางไฟฟ้า เช่น การจ่ายพลังงานและรูปแบบการเชื่อมต่อ
• ข้อกำหนดด้านความร้อน เช่น รูปแบบการระบายความร้อนที่เป็นไปได้ หรือกำลังการระบายความร้อนที่มีอยู่
• ข้อกำหนดการจัดการ

การแก้ไขข้อกำหนดพื้นฐานครั้งที่สองได้รับการอนุมัติเมื่อวันที่ 16 มกราคม 2020 โดยมีการแก้ไขบางประการ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นในการใช้งานเครือข่ายอีเธอร์เน็ต ความเร็วสูง เช่น10GBASE-KRและ40GBASE- KR4 ^{[ 4 ]}

โมดูลนี้เพิ่มข้อกำหนดสำหรับระบบที่ทนทาน โดยใช้ลมเป่าเพื่อระบายความร้อน สถานการณ์ที่เป็นไปได้สำหรับระบบที่ใช้ MicroTCA.1 ได้แก่ โทรคมนาคม ภายนอกอาคารสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมและการบินและอวกาศ^{[ 5 ]}

โมดูลนี้เพิ่มข้อกำหนดสำหรับข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับอุณหภูมิ แรงกระแทก การสั่นสะเทือน และสภาวะแวดล้อมอื่นๆ ข้อกำหนดเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่การใช้งานในอุตสาหกรรมโทรคมนาคม เครื่องจักร และการขนส่งภายนอกอาคาร รวมถึงอุปกรณ์เคลื่อนที่ทางอากาศ บนเรือ และบนพื้นดินของกองทัพ^{[ 6 ]} MicroTCA.2 อนุญาตให้ใช้โมดูล AMC ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศและการนำความร้อน

โมดูลนี้เพิ่มข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับอุณหภูมิ แรงกระแทก การสั่นสะเทือน และสภาวะแวดล้อมอื่นๆ ข้อกำหนดเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่การใช้งานในอุตสาหกรรมโทรคมนาคม เครื่องจักร และการขนส่งภายนอกอาคาร รวมถึงอุปกรณ์เคลื่อนที่บนเครื่องบิน เรือ และภาคพื้นดินของกองทัพ^{[ 7 ]} MicroTCA.3 กำหนดให้ใช้โมดูล AMC ที่ระบายความร้อนด้วยการนำความร้อน

โมดูลนี้ขยาย AMC ด้วยโมดูลเปลี่ยนผ่านด้านหลัง (RTM) เพิ่มพื้นที่ PCB และความเป็นโมดูลาร์ AMC และ RTM เชื่อมต่อกันด้วยตัวเชื่อมต่อที่อยู่ในโซน 3 ซึ่งกำหนดไว้ใน MicroTCA.0 ^{[ 8 ]} ข้อกำหนดเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่การ ใช้ งานในอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ เช่นเครื่องเร่งอนุภาคหรือกล้องโทรทรรศน์

กรงใส่การ์ด (หรือเรียกอีกอย่างว่า ชั้นวาง กล่อง) เป็นที่เก็บอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมด และมีหน้าที่หลักสองประการ:

• เสริมสร้างเสถียรภาพทางกลให้กับส่วนประกอบอื่นๆ
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนที่เพียงพอ

มีกล่องใส่การ์ดหลากหลายประเภท โดยทั่วไปแล้วจะแตกต่างกันในด้านต่างๆ ดังนี้:

• ประเภทของโมดูลที่รองรับ (MTCA.0, MTCA.1, ...)
• จำนวนช่องที่พวกเขาจัดสรรให้ (โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 2 ถึง 12 ช่อง)
• โครงสร้างทางสถาปัตยกรรมของแผงวงจรหลักที่ติดตั้ง (ดูด้านล่าง)
• รูปแบบการระบายความร้อนที่พวกเขาใช้ (เช่น การไหลของอากาศจากด้านหน้าไปด้านหลัง จากด้านล่างขึ้นด้านบน จากด้านข้างไปด้านข้าง การนำความร้อน ฯลฯ)

แผงวงจร หลัก (Backplane) คือแผงวงจรพิมพ์ที่ติดตั้งอยู่ภายในโครงยึดการ์ดโดยตรง ทำหน้าที่เชื่อมต่อส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดของระบบ MicroTCA เข้าด้วยกัน และให้พลังงาน การเข้าถึงข้อมูล และการเข้าถึงการจัดการแก่ส่วนประกอบเหล่านั้น

แผงวงจรหลัก (backplane) ของ MicroTCA มีการจ่ายไฟสองประเภท ได้แก่ ไฟควบคุม (Management Power) (+3.3 V) และไฟเลี้ยง (Payload Power) (+12 V) ซึ่งแตกต่างจากแผงวงจรหลักทั่วไปที่จ่ายไฟให้กับทุกส่วนประกอบผ่าน "แผงจ่ายไฟ" ทั่วไปในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในแผงวงจรหลักของ MicroTCA นั้น ไฟควบคุมและไฟเลี้ยงจะถูกจ่ายให้กับแต่ละส่วนประกอบแยกกัน โดยไฟควบคุมจะถูกจ่ายให้กับแต่ละโมดูลที่เชื่อมต่อกับแผงวงจรหลักที่มีไฟเลี้ยง ในขณะที่ไฟเลี้ยงจะต้องได้รับการอนุมัติจาก MicroTCA Carrier Hub (MCH) หลังจากตรวจสอบแล้วว่าโมดูลนั้นเข้ากันได้กับ MicroTCA

มาตรฐานนี้กำหนดบัสการสื่อสารต่างๆ ที่แผงวงจรหลักสามารถ/ควรจัดหาให้:

• กิกะบิตอีเธอร์เน็ต
• ไอพีเอ็มไอ
• สาต้า
• ท่อส่งข้อมูลขนาดใหญ่ (สามารถใช้กับPCIe , SRIOหรือ Ethernet 10G/40G ได้)
• ลิงก์แบบจุดต่อจุด
• นาฬิกา
• เจแท็ก

ชุดระบายความร้อน (Cooling Unit หรือ CU) ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของอากาศในช่องใส่การ์ดที่มีการระบายความร้อนด้วยอากาศ โดยปกติแล้วจะประกอบด้วยพัดลมหลายตัวและตัวควบคุม ซึ่งเชื่อมต่อกับแผงวงจรหลัก (backplane) MicroTCA Carrier Hub (MCH) สามารถอ่านค่าเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (ถ้ามี) และความเร็วของพัดลม รวมถึงเปลี่ยนความเร็วของพัดลมผ่านทาง IPMI ได้ ชุดระบายความร้อนมักจะติดตั้งอยู่กับช่องใส่การ์ดเฉพาะ บางชุดระบายความร้อนสามารถถอดออกได้ง่าย (เช่น เพื่อทำความสะอาดหรือเปลี่ยนชิ้นส่วน) ในขณะที่ช่องใส่การ์ดบางรุ่นมาพร้อมกับชุดระบายความร้อนแบบติดตั้งถาวรที่ไม่สามารถถอดออกได้

โมดูลจ่ายไฟ (PM หรือ แหล่งจ่ายไฟ) จะแปลง ไฟ กระแสสลับ (AC)จากสายไฟเป็นไฟเลี้ยงควบคุม (MP) +3.3 V และไฟเลี้ยงอุปกรณ์ (PP) +12 V ซึ่งทั้งสองเป็นไฟกระแสตรงมีโมดูลจ่ายไฟหลายประเภทที่แตกต่างกันในด้านต่างๆ ดังนี้:

• รูปแบบ (เช่น ความกว้างสองเท่า ความกว้างเดียว)
• แรงดันไฟฟ้าขาเข้า (110 V, 220 V, ทั้งสองแบบ)
• กำลังขับ (เช่น 600 วัตต์, 1000 วัตต์)

โมดูลจ่ายไฟจะตรวจจับการมีอยู่ของโมดูลในช่องเสียบผ่านพินที่กำหนดไว้ในขั้วต่อโมดูล และจ่ายไฟสำหรับการจัดการให้กับโมดูลนั้นทันที การจัดการพลังงานสำหรับอุปกรณ์รับส่งข้อมูลจะดำเนินการโดย MicroTCA Carrier Hub (MCH) ซึ่งสื่อสารกับโมดูลจ่ายไฟผ่านทาง IPMI

โมดูลจ่ายไฟใช้ขั้วต่อเฉพาะของตัวเอง ดังนั้นจึงสามารถติดตั้งได้เฉพาะในช่องเสียบที่กำหนดไว้เท่านั้น ซึ่งช่องเสียบเหล่านั้นไม่สามารถรองรับโมดูลประเภทอื่นได้ บางเคสใส่การ์ดจะมีช่องเสียบโมดูลจ่ายไฟเพิ่มเติมเพื่อความปลอดภัย ในกรณีเช่นนั้น ช่องเสียบหนึ่งจะเป็นช่องหลัก ซึ่งจะจ่ายไฟโดยอัตโนมัติ และอีกช่องหนึ่งจะเป็นช่องสำรอง ซึ่งจะจ่ายไฟก็ต่อเมื่อช่องหลักไม่ทำงานเท่านั้น

MicroTCA Carrier Hub (MCH) คืออุปกรณ์จัดการส่วนกลางของช่องใส่การ์ด MicroTCA ทำหน้าที่จัดการการจ่ายไฟและการระบายความร้อน โดยปกติแล้วยังให้ การสลับสัญญาณ Gigabit Ethernetและ/หรือ PCIe/Serial RapidIO ด้วย MCH บางรุ่นยังให้การควบคุมจังหวะการทำงานเพิ่มเติม ตามชื่อที่บ่งบอก พวกมันเป็นศูนย์กลางของโครงสร้างแบบดาว (เช่น สำหรับ Ethernet, PCIe) บนแผงวงจรหลัก ดังนั้นจึงต้องใช้ช่องเสียบเฉพาะ แผงวงจรหลักบางรุ่นรองรับ MCH สองตัวเพื่อความซ้ำซ้อน ในกรณีนี้จะมีช่องเสียบ MCH สองช่อง โดยช่องหนึ่งเป็นตัวหลัก และอีกช่องหนึ่งเป็นตัวรอง

Advanced Mezzanine Card (AMC) เป็นมาตรฐานสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่สามารถเสียบและถอดอุปกรณ์ได้ขณะทำงาน (Hot-pluggable) เดิมทีมาตรฐานนี้พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในระบบ AdvancedTCA โดยมาตรฐานนี้ระบุรายละเอียดดังนี้:

• ขนาดของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีให้เลือกสองแบบความกว้าง (เดี่ยว, คู่) และสามแบบความสูง (กะทัดรัด, ขนาดกลาง, ขนาดมาตรฐาน)
• ประเภท ตำแหน่ง และทิศทางของตัวเชื่อมต่อ (เช่น โซน 1, 2, 3)

AMC สามารถตอบสนองฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายอย่างมาก:

• หน่วยประมวลผล (เช่น โมดูลที่มี CPU, RAM, SSD และการ์ดจอในตัว)
• หน่วยเก็บข้อมูล (เช่น ตัวยึด SSD)
• การ์ดจอ
• การ์ด FPGA (เช่น สำหรับการประมวลผลสัญญาณ)
• ผู้ให้บริการFMC
• การ์ดดิจิไทเซอร์ (การแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล และดิจิทัลเป็นอนาล็อก)
• การตั้งเวลาและการกระตุ้น
• และอื่นๆ

โมดูลเปลี่ยนผ่านด้านหลัง (Rear Transition Module หรือ RTM) ถูกเพิ่มเข้ามาในมาตรฐาน MicroTCA.4 โดยเชื่อมต่อโดยตรงกับ AMC ผ่านขั้วต่อที่อยู่ในโซน 3 ซึ่งต้องใช้ AMC และ RTM ที่มีความกว้างเป็นสองเท่า RTM มีขนาดใกล้เคียงกับ AMC ทำให้พื้นที่ PCB ต่อสล็อตในโครงใส่การ์ด MTCA.4 เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า พลังงานของ RTM มาจาก AMC ดังนั้น RTM จึงไม่สามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง แต่ต้องใช้ AMC ที่จับคู่กัน

ขั้วต่อโซน 3 สามารถกำหนดค่าทางไฟฟ้าได้อย่างอิสระ ทำให้เป็นไปได้ที่คู่ AMC-RTM ที่เข้ากันได้ทางกลไกจะไม่เข้ากันทางไฟฟ้า เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายเนื่องจากความไม่เข้ากันดังกล่าว จึงได้เพิ่มรหัสพินทางกลไกเข้าไปใน AMC และ RTM ที่เข้ากันได้กับ MTCA.4 เพื่อป้องกันการติดตั้ง RTM ที่ไม่เข้ากันทางไฟฟ้าเข้ากับ AMC

ฟังก์ชันการทำงานของ RTM รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง:

• การประมวลผลสัญญาณ RF ก่อน/หลัง (เช่น การกรอง, การแปลงความถี่ขึ้น/ลง, การแปลงสัญญาณเวกเตอร์)
• การประมวลผลสัญญาณดิจิทัลก่อน/หลัง
• การสร้าง/การกระจายสัญญาณนาฬิกา
• อินเทอร์เฟซอุปกรณ์
• การจัดเก็บข้อมูล
• ซีพียู (เฉพาะ MCH-RTM)

• แบบฟอร์มมาตรฐานย่อของ MicroTCA.0
• ห้องปฏิบัติการนวัตกรรม Helmholtz ที่DESYซึ่งมี MicroTCA เป็นศูนย์กลาง: ห้องปฏิบัติการเทคโนโลยี MicroTCA