Silicon-Sensor-Konzern wächst weiter

Der Industriesensorik-Spezialist Silicon Sensor International AG verzeichnet ein positives Halbjahresergebnis 2007.

Ursprünglich für den Telekombereich entwickelt, zielt der Standard MicroTCA auch auf die Automatisierungstechnik, um hier mit Embedded- Systemen und 19-Zoll-IPCs zu konkurrieren. Hilfreich können dabei vor allem der kleine Formfaktor der Systeme sowie ihr modularer Aufbau sein.

Der Umsatz stieg im Vergleich zum ersten Halbjahr 2006 um 20 Prozent auf 18,82 Millionen Euro (30.6.2006: 15,62 Millionen Euro). Zu der Steigerung hat besonders das zweite Quartal 2007 beigetragen, in dem der Konzernumsatz gegenüber dem Vorjahresquartal um 11 Prozent und der Quartalsüberschuss um 64 Prozent stieg.

Das operative Ergebnis (EBIT) nahm gegenüber dem ersten Halbjahr 2006 um 76 Prozent zu. Auch der Auftragsbestand (plus 16 Prozent) und die Mitarbeiterzahl (von 230 auf 280) stiegen im Vergleich zum Vorjahreszeitraum an.

MicroTCA (Micro Telecom Computing Architecture) ist der neueste Standard der PICMG. Er baut auf dem Prinzip der Advanced Mezzanine Cards (AdvancedMC) auf und soll helfen, die Kosten für Systemhardware weiter zu reduzieren.

Bei den AdvancedTCA-Systemen - dem "großen Bruder" des jetzigen MicroTCA-Ansatzes - sind 8 HE hohe und 280 mm tiefe, also relativ große Blades als Standard definiert. Zusatzfunktionen wie Prozessoren, Hubs/Switches, Speicher-Einheiten und I/O-Module werden als Funktionsblöcke auf so genannten AdvancedMC-Modulen untergebracht - da diese einen geringen Platzbedarf haben und somit mehrere austauschbare Funktionsblöcke auf einem Blade untergebracht werden können. Die Mezzanine- Karten in ihren verschiedenen Baugrößen werden über einen entsprechenden Adapter, den AdvancedMC-Carrier, in ein AdvancedTCA-System integriert. Auf einen Carrier passen allerdings maximal acht der kleinsten AMC-Module (Single Compact Modul).

Mit MicroTCA ist nun ein Standard geschaffen, mit dem sich der zur Verfügung stehende Einbauraum beispielsweise in einem 19-Zoll-Schrank effektiver nutzen lässt: Die AdvancedMC Module werden direkt in spezielle Baugruppenträger mit Busplatine gesteckt, die Carrier sind überflüssig. Da die Baugruppen maximal 200 mm tief sind, lassen sich im Vergleich zu AdvancedTCA mehr Systeme oder Funktionsgruppen in einem kleineren Schrank unterbringen. Drei Breiten stehen bei den AdvancedMC-Modulen zur Wahl: drei, vier und sechs Teilungseinheiten (TE) mit jeweils zwei verschiedenen Höhen. Wie die PICMG-Spezifikation AMC.0 bis AMC.3 beschreibt, unterstützt die AdvancedMC-Architektur verschiedene Übertragungsprotokolle mit unterschiedlicher Bandbreite. Aktualisierungen zu AdvancedMC Modulen fließen direkt in den MicroTCA-Standard ein.

Was die Anwendungsszenarien anbelangt, ist AdvancedTCA für Anwendungen mit sehr hohen Kapazitäten und Leistungsmerkmalen optimiert. MicroTCA hingegen adressiert kostenempfindlichere Anwendungen, die geringere Leistung oder weniger Datendurchsatz erfordern. Während eine typische Anwendung für ein AdvancedTCA-System im Telecom Central Office liegt, sieht man MicroTCA zum Beispiel geeignet für WiMAX-Basisstationen oder Telefonanlagen größerer Firmen. Die maximale Übertragungsrate eines AdvancedTCA Systems liegt mit heutigen Datentransferraten von 3,125 GBit/s pro Differenzialpaar bei 2,4 TBit/s. Bei MicroTCA-Systemen ist dieser Maximalwert um den Faktor 20 kleiner und liegt bei 120 GBit/s. Damit erweitert der Standard das Anwendungsspektrum auf die Märkte Medizintechnik, Industrie und Consumer.

Die modulare Plattform

Die MicroTCA-Spezifikation, die Schroff federführend für die gesamte Mechanik mit entwickelt hat, erweitert die 19-Zoll- Norm und definiert Baugruppenträgergrößen, Power-Module, den MCH, das Shelf-Management sowie die Verwendung von AMC-Modulen. Durch die Offenheit der PICMG-MicroTCA-Spezifikation und die beliebige Kombinierbarkeit der festgelegten AdvancedMC-Modulgrößen in einem MicroTCA-System lassen sich unterschiedlichste Ausführungen realisieren. In der Spezifikation festgelegt sind die Eigenschaften für Mechanik, Elektronik, Kühlung und das Systemmanagement. Als mechanische Aufnahme-Einheiten für die verschiedenen Module sind 19-Zoll- (IEC 60297) und metrisch (IEC 60917) kompatible Chassis/Baugruppenträger vorgesehen. Durch die in der Spezifikation mit M3 definierte Minimalgröße der Befestigungsschrauben ergibt sich aus konstruktiven Gründen das kleinste Baugruppenträger- Höhenmaß von 3 HE. Die Breite ist auf 19 Zoll/metrisch und die Tiefe auf maximal 200 mm festgesetzt. Zudem gestattet die MicroTCA-Norm den Aufbau sehr kleiner Funktionseinheiten, so genannter "Cubes" oder "Picos". Dies sind Baugruppenträger, die mit wenigen AdvancedMC-Modulen und eventuell auch ohne "MicroTCA Carrier Hub" (MCH), der normalerweise für das Datenmanagement sorgt, bestückt sind. Solche kleinen Funktionseinheiten bestehen zum Beispiel aus nur drei Steckkarten. Diese Steckkarten kommunizieren über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und benötigen daher kein Datenmanagement über den MCH. Sind für die Applikation mehr als drei Steckkarten notwendig und müssen alle Karten miteinander kommunizieren, ist für das Datenmanagement wieder ein MCH unerlässlich.

Durch den Aufbau kleiner Funktionseinheiten wird der MicroTCAStandard auch für den Automatisierungsbereich zum Beispiel bei Maschinensteuerungen interessant. Hier können kleine, modulare und preisgünstige MicroTCA-Funktionseinheiten mit nur drei bis vier Steckkarten bestehende Lösungen ersetzen.

Als offener Standard lässt MicroTCA im Mechanikbereich viele Freiheiten, denn klar definiert sind lediglich die Schnittstellen zu den AdvancedMC-Modulen und zur Busplatine. Viele Design Details wie zum Beispiel das Material der Baugruppenträger sind nicht festgelegt und somit einer freien Gestaltung zugängig.

Aus Applikationssicht sind somit kleine Systeme denkbar, bei denen nur ein AMC-Single-Board Computer, ein AMC-Festplattenmodul und eine AMC-I/O-Karte mit einem Open-Frame-Netzteil und einer Lüfterkassette kombiniert werden. Diese Pico-Systeme können zu einer ernsthaften Konkurrenz für heutige IPC- und Embedded-Computer- Lösungen werden - nicht zuletzt aufgrund ihrer Modularität, die viele Anwender bei IPC-Lösungen vermissen. Darüber hinaus haben sowohl die MicroTCA-Karten als auch ihre Mechaniken und andere Komponenten eine längere Lebensdauer, insofern können auch die Hersteller eine Langzeitverfügbarkeit gewährleisten.

Je nach Applikation kommen für MicroTCA-Systeme unterschiedliche Kühlungskonzepte in Betracht. Als Standardkühlung wird reine Lüftkühlung realisiert. Hierbei sind die beiden grundsätzlich verschiedenen Ansätze Push-Kühlung und Pull-Kühlung zu unterscheiden. Beide Lösungen haben spezifische Vor- und Nachteile, die die Lüfterlebensdauer, den Volumenstrom, die Luftverteilung oder die Bauhöhe der MicroTCA-Systeme beeinflussen. Beispielsweise sitzen die Lüfter bei der Push-Lösung im kühlen Luftstrom und sind so im Durchschnitt etwa 15 K niedrigeren Temperaturen ausgesetzt; dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Lüfter aus. Bei der Pull-Version sitzen die Lüfter im heißen Abluftstrom. Dieser beeinträchtigt sowohl die Mechanik der Ventilatoren - Lager inklusive Schmierung - als auch die Elektronik im Lüfter. Dieser Effekt lässt sich durch spezielle Maßnahmen im Lüfter zwar verringern, aber nicht ganz eliminieren. Allerdings haben die Lüfter selbst eine nicht zu vernachlässigende Leistung: Bei einem Push-System muss eine Leistung von etwa 200 bis 300 W zusätzlich gekühlt werden; bei einem Pull-System wird diese zusätzliche Wärme erst im Abluftstrom zugeführt und hat somit keine hohe Relevanz. Entgegen landläufiger Meinung ist nicht das Luftvolumen für die Kühlung verantwortlich, sondern die Luftmasse: Je wärmer die Luft, desto geringer ist die Masse bei gleichem Volumen. Deshalb kühlt ein Push-System mit identischem Volumenstrom der Lüfter besser als ein vergleichbares Pull-System. Bei einer angenommenen Temperaturerhöhung von 15 K beträgt dieser Unterschied etwa 5 %.

Bei hohen Verlustleistungen, bei denen die reine Luftkühlung nicht ausreicht, ist die Entwärmung auf Schrankebene mit einem Luft/ Wasser-Wärmetauscher eine Alternative. Bei der Entwärmung leistungsstarker MicroTCA-Systeme auf Baugruppenträger-Ebene ist auch die direkte Kühlung der Komponenten auf den AdvancedMCModulen mit einer Hybridlösung, einer kombinierten Wasser- und Luftkühlung im Chassis, möglich. In diesem Fall werden die kritischen Komponenten auf den Leiterkarten mit speziellen Wasserkühlkörpern direkt gekühlt. Die Wärme, die durch die übrigen elektronischen Komponenten auf der Leiterkarte entsteht, lässt sich über die herkömmliche Luftkühlung abführen.

Die hohe Verfügbarkeit von MicroTCA-Systemen wird unter anderem durch die Redundanz des Lüftungskonzepts mittels zweier Kühleinheiten, die Redundanz der Stromversorgung mittels zweier Powermodule sowie den Einsatz einer Dual-Star-Busplatine mit zwei MicroTCA Carrier Hubs sichergestellt.

Neben den technologischen Vorteilen gegenüber AdvancedTCASystemen punktet der MicroTCA-Standard hinsichtlich der Kosten, wobei die Preisspanne zwischen Low-cost- und High-end-Lösungen groß ist: Im oberen Leistungsbereich sind MicroTCA-Systeme vom Preis her durchaus mit AdvancedTCA-Systemen identischer Leistungsklasse vergleichbar. Preisgünstigere Low-cost-Lösungen hingegen können vor allem bei Neuentwicklungen im Industriebereich auch gängige 19-Zoll-Industrie-PC- oder Embedded-Lösungen ersetzen. im

Volker Haag
ist Leiter der Produktentwicklung Baugruppenträger und Systeme bei Schroff in Straubenhardt.