Brevet FR2700069A1 — publié le 19940701

SYSTEME D'INTERCONNEXION DE CARTES D'UN SYSTEME INFORMATIQUE RAPIDE La présente invention concerne les systèmes dits de "fond de panier" permettant de connecter entre elles des cartes électroniques par insertion de ces cartes dans des connecteurs. La présente invention vise plus particulièrement un système d'interconnexion des cartes d'un système informatique rapide. Dans les sytèmes informatiques rapides, c'est-à-dire dont les composants peuvent individuellement fonctionner à une vitesse atteignant actuellement 250 M Hz, les pistes conductrices reliant entre eux les sous-ensembles électroniques doivent être réalisées avec soin pour introduire une atténuation minimale. Pour cela, les pistes véhiculent des signaux dans un seul sens et sont réalisées sous forme de guides d'onde, ou lignes adap- tées Dans les meilleurs cas, ces lignes introduisent un retard de l'ordre de 60 picosecondes par centimètre. On appelle distance critique la plus grande longueur de piste conductrice reliant deux sous-ensembles électroniques. Cette distance critique est la somme de deux distances critiques intracarte (la plus grande longueur de piste entre un composant d'une carte et un connecteur de la carte) et d'une distance critique inter-cartes (la plus grande longueur d'une liaison entre deux cartes) La distance critique détermine la vitesse maximale de fonctionnement du système informatique, c'est-à-dire la fréquence maximale d'une horloge de synchronisation des sous-ensembles électroniques du système En effet, le retard introduit par la distance critique ne doit pas dépasser une période d'horloge, sous peine d'avoir un système informatique ne fonctionnant plus en synchronisme. La figure 1 représente une vue en perspective d'un système d'interconnexion classique 10 Ce système comprend une carte de circuit imprimé plane 12 munie d'une pluralité de connecteurs verticaux 14 dont les broches appropriées sont reliées entre elles par des pistes formées sur la carte 12 On a représenté trois cartes 16 insérées dans trois des connecteurs. La distance critique inter-cartes d'un tel système d'interconnexion est égale à la distance entre la première et la dernière carte insérée dans le système En outre, l'espacement des cartes, déterminant directement la distance critique, dépend de la hauteur des composants montés sur les cartes Comme ès composants travaillent à grande vitesse, ils dissipent une grande quantité de chaleur et doivent être munis de dissipateurs encombrants, refroidis par convection forcée Ceci entraîne une augmentation considérable de l'espacement des cartes. La figure 2 représente un autre type de système d'interconnexion classique permettant de réduire sensiblement la distance critique inter-cartes Ce système comprend quatre sous- systèmes 20 du type de èlui de la figure 1 disposés pour former un parallélépipède Chaque sous-système 20 est connecté à un sous-systeme adjacent par un connecteur 22. Le système de connexion de la figure 2 présente une distance critique inter-cartes égale à deux distances critiques inter-cartes d'un sous-système 20 Pour un même nombre d'empla- cements de carte, cette distance critique est environ deux fois inférieure à celle du système de la figure 1. Un objet de la présente invention est de prévoir un système d'interconnexion à distance critique particulièrement faible. Cet objet est atteint grâce à un système d'intercon- nexion formé d'un prisme dont les faces latérales externes sont munies de moyens de connexion destinés à recevoir des cartes informatiques, dans le sens axial du prisme, ce système compre- nant une pluralité de cartes d'interconnexion juxtaposées dans des plans radiaux parallèles à l'intérieur du prisme et reliant entre elles des broches appropriées des moyens de connexion. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque face latérale du prisme est formée par une carte munie, du côté intérieur du prisme, d'un ensemble de connecteurs internes juxtaposés dans le sens axial du prisme, dans chacun desquels s'enfiche un connecteur latéral d'une carte d'inter- connexion. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le prisme est à base octogonale et les moyens de connexion de chaque face latérale sont adaptés à recevoir deux cartes infor- matiques parallèles. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'une des cartes d'interconnexion comprend un circuit d'horloge destiné à cadencer les cartes informatiques à connecter au système. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les cartes informatiques connectées au système sont refroidies par un écoulement d'air axial. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble des cartes informatiques connectées au système est immergé dans un liquide de refroidissement. Selon un mode de réalisation de la présente invention, certaines des cartes informatiques connectées au système por- tent, de leur côté distal, des cartes secondaires perpendi- culaires. Un avantage du système d'interconnexion selon l'inven- tion est que les connecteurs destinés aux cartes informatiques peuvent être particulièrement proches les uns des autres malgré la nécessité de prévoir un volume important entre les cartes pour refroidir les composants de ces cartes. Un autre avantage de la présente invention est que l'on peut, à proximité des extrémités distales des cartes infor- matiques, monter des cartes secondaires perpendiculaires, ce qui permet de réduire la distance critique entre les composants de ces cartes secondaires et leur connexion au système d'inter- connexion. Ces objets, caractéristiques, et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 et 2, précédemment décrites, représen- tent des systèmes d'interconnexion classiques; les figures 3 A et 3 B représentent respectivement sous forme éclatée une vue de dessus et une vue en perspective d'un mode de réalisation de système d'interconnexion selon l'inven- tion; et la figure 4 représente un ensemble de cartes informa- tiques reliées à un système d'interconnexion selon l'invention. Les figures 3 A et 3 B représentent un système d'inter- connexion prismatique selon un mode de réalisation de la présen- te invention. Ce système d'interconnexion prismatique est constitué d'un empilement de cartes polygonales, parallèles et espacées Dans l'exemple représenté ces cartes sont octogonales Le bord de chaque coté des cartes 30 porte des pistes de connexion formant les broches d'un connecteur mâle 32 Les broches appro- priées des connecteurs 32 d'une même carte 30 sont reliées entre elles par des pistes formées sur la carte Ainsi, on trouve sur chaque face latérale du prisme une pluralité d'étages de connec- teurs 32 parallèles les uns aux autres (horizontaux). Sur chacune des faces latérales, verticales, du prisme est monté un connecteur intermédiaire 33 de raccordement entre connecteurs horizontaux et verticaux. Dans le mode réalisation représenté, le connecteur intermédiaire 33 est constitué d'une carte de circuit imprimé 34 qui porte, du côté intérieur, une pluralité de connecteurs hori- zontaux 36 destinés à recevoir les connecteurs 32 de la face considérée et, du côté extérieur, deux connecteurs verticaux 38 occupant chacun sensiblement toute la hauteur du prisme et Les connecteurs 36 et 38 sont montés sur leur carte 34 correspondantes selon la technologie dite de montage en surface, ce qui évite que des broches traversantes des connecteurs d'une face viennent interférer avec les broches des connecteurs de l'autre face Les broches de chaque connecteur 36 sont divisées en groupes Les broches de chaque groupe sont reliées aux broches d'un connecteur 38 associé, le connecteur 38 le plus proche. Les connecteurs externes 38 sont, une fois que le prisme est assemblé, reliés à d'autres connecteurs externes 38 correspondants par l'intermédiaire de pistes qui traversent le prisme diagonalement La distance de liaison la plus longue entre deux connecteurs 38, la distance critique inter-cartes, est sensiblement égale au diamètre du cercle inscrit dans un octogone 30 Cette distance est bien plus courte que dans le cas o cette liaison devait passer par la périphérie du système d'interconnexion, comme dans le système de la figure 2. Le mode de réalisation décrit ci-dessus d'un connec- teur intermédiaire 33 ne constitue qu'un exemple de mise en oeu- vre d'un système de raccordement entre connecteurs horizontaux et verticaux D'autres modes de réalisation pourront être uti- lisé par l'homme de métier, par exemple des systèmes modulaires de type matriciel, du moment que la fonction de raccordement entre des connecteurs horizontaux parallèles ( 32) et des cartes verticales ( 40 en figure 5) est assurée. On pourra éventuellement prévoir des circuits sur les cartes octogonales 30 Il est particulièrement avantageux de prévoir sur l 'une des cartes 30 un circuit d'horloge destiné à cadencer les cartes informatiques connectées au système d'inter- connexion; en effet, les signaux d'horloge reçus par les cartes sont alors tous en phase, ce qui peut contribuer à augmenter la rapidité du système. La distance critique dépend du diamètre du cercle inscrit dans un octogone 30 Ce diamètre diminue avec la largeur des connecteurs intermédiaires 33 et diminue aussi si l'on diminue le nombre de faces du prisme en supposant la largeur des faces constante Ainsi, on a tout intérêt à rapprocher le plus possible les connecteurs verticaux 38 et à avoir le moins de faces de prisme possible Bien entendu, si l'on ne prévoit qu'un connecteur externe 38 par face, on réduit la largeur des faces. Toutefois, on verra ci-après que le fait de prévoir deux connecteurs externes par face est une solution intéressante. Par conséquent, si l'on connaît le nombre maximum de cartes à interconnecter, on choisira de réaliser un système d'interconnexion prismatique selon l'invention comprenant deux fois moins de faces périphériques que le nombre maximal de car- tes Les cartes à connecter ne seront que des cartes rapides; des éventuelles cartes moins rapides pourront être connectées à un bus relié à l'un des connecteurs externes 38, ou bien à un connecteur central 39 de l'une des cartes 30 extrêmes. L'homme du métier saura trouver une solution mécanique pour fixer les cartes 30 les unes par rapport aux autres et/ou par rapport aux connecteurs 33 Par exemple, on pourra prévoir de fixer à chaque sommet des cartes 30 une pièce en équerre sur laquelle on fixe les cartes 34 par des vis. La figure 4 représente un ensemble de cartes informa- tiques connectées à un système d'interconnexion prismatique selon l'invention Une carte informatique 40 est insérée dans chacun des connecteurs externes 38 Un seul côté de chaque carte est muni de composants électroniques et les deux cartes insérées dans les deux connecteurs d'une même face du prisme sont telles que les faces dépourvues de composants soient tournées 1 'une vers 1 'autre Avec cette disposition, les connecteurs externes 38 de chaque face du prisme peuvent être disposés très près l'un de l'autre En fait, ce qui limite le plus la largeur minimale des faces du prisme est l'encombrement des composants disposés du côté le plus proche du prisme, du côté proximal des cartes 40. On a représenté une face du prisme dépourvue de cartes Cette face sert, par exemple, à amener l'alimentation électrique au système et, le cas échéant, à relier le système à des cartes lentes et/ou à des systèmes périphériques lents. Comme on le voit sur la figure 4, on dispose d'un important volume au niveau des côtés distaux des cartes 40 Ce volume peut être avantageusement occupé en partie par des cartes secondaires 42 connectées perpendiculairement aux cartes 40. Cette disposition a pour avantage de réduire l'encombrement d'ensemble et de diminuer la distance critique entre les compo- sants des cartes secondaires 42 et le système d'interconnexion prismatique. Il n'est pas désavantageux d'avoir un important volume inoccupé En effet, un tel volume est nécessaire pour dissiper la chaleur générée par les composants des cartes 40 et 42 qui fonctionnent à vitesse élevée. Une première solution de refroidissement consiste à munir les composants de dissipateurs thermiques et, grâce à des ventilateurs, à faire circuler de l'air verticalement dans le volume inoccupé On peut éventuellement prévoir entre les cartes 40 des colonnes 44 de guidage d'air munies de sorties d'air au niveau des dissipateurs des composants. Une autre solution de refroidissement consiste à im- merger l'ensemble des cartes 40, 42 connectées au prisme dans un liquide de refroidissement que l'on fait, par exemple, circuler en circuit fermé dans un échangeur Dans ce cas, il est inutile de munir les composants de dissipateurs, ce qui diminue consi- dérablement leur encombrement Par conséquent, la largeur des faces du prisme peut être réduite de façon notable et la distan- ce critique de même En outre, le volume inoccupé nécessaire est réduit, ce qui permet de le combler par des cartes secondaires 42. A titre d'exemple, pour un même système informatique à système d'interconnexion octogonal dissipant environ 16 k W, on obtient une distance critique de 31 cm et un encombrement de 284 litres dans une configuration refroidie par air, et une distance critique de 20 cm et un encombrement de 89 litres dans une configuration refroidie par liquide. De nombreuses variantes et modifications de la présen- te invention apparaîtront à l'homme du métier notamment en ce qui concerne le choix du nombre de faces du prisme, la largeur de ces faces, la réalisation des connecteurs de raccordement, les modes de refroidissement REVENDICATIONS 1 Système d'interconnexion formé d'un prisme dont les faces latérales externes sont munies de moyens de connexion ( 38) destinés à recevoir des cartes informatiques ( 40), dans le sens axial du prisme, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de cartes d'interconnexion ( 30) juxtaposées dans des plans radiaux parallèles et reliant entre elles des broches appro- priées des moyens de connexion ( 38). 2 Système d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque face latérale du prisme est formée d'une carte ( 34) munie, du côté intérieur du prisme, d'un ensem- ble de connecteurs internes ( 36) juxtaposés dans le sens axial du prisme, dans chacun desquels s'enfiche un connecteur latéral ( 32) d'une carte d'interconnexion ( 30). 3 Système d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prisme est à base octogonale et en ce que les moyens de connexion ( 38) de chaque face latérale sont adaptés à recevoir deux cartes informatiques ( 40) parallèles. 4 Système d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des cartes d'interconnexion ( 30) comprend un circuit d'horloge destiné à cadencer les cartes informatiques ( 40) à connecter au système. Système d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cartes informatiques ( 40) connectées au système sont refroidies par un écoulement d'air axial. 6 Système d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en oe que l'ensemble des cartes informatiques ( 40) connectées au système est immergé dans un liquide de refroidis- sement. 7 Système d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que certaines des cartes informatiques ( 40) connectées au système comprennent, de leur côté distal, des cartes secondaires perpendiculaires.