CN211506485U - 一种高性能密集计算刀片及刀片服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种高性能密集计算刀片和刀片服务器，包括国产处理器、PCIE SWITCH、40G网络控制器、嵌入式显卡、USB控制器、千兆网控制器、SATA控制器、RapidIO控制器、电源域和所述内存颗粒；所述电源域包括DC‑DC电源组和低压差线性稳压器LDO组，且对于大电流需求选用转换效率高、发热量低的DC‑DC电源，对于小电流需求选用LDO，从而能够提供DVI、DP、VGA显示输出接口等多种接口，并且提供PCIE3.0、40Gbase‑KR4、SRIO、Serdes等多种高速通信协议接口，使得BMC智能化健康管理，及时上报刀片状态信息，适合国防对高性能国产密集计算刀片的需求，并且刀片集成度高、体积小、重量轻，适合多种加固机箱使用。

Description

一种高性能密集计算刀片及刀片服务器

技术领域

本实用新型涉及计算机技术领域，具体涉及一种高性能密集计算刀片及刀片服务器。

背景技术

目前高性能计算已经成为刀片服务器的一个主要应用领域，其中高性能密集计算刀片具有高性能、功耗低、体积小、视频数据处理能力强等特点，能满足高性能、高可靠性等方面需求。目前计算刀片大多基于国外芯片及其软件，例如Intel X86处理器高性能计算刀片，不符合自主可控的要求，近年来国家提倡自主可控国防，优先选用国产计算机应用于国防、工业等领域，因此如何实现高性能密集计算刀片的自主可控，成为亟待解决的重要课题。

实用新型内容

针对现有技术中无法替代Intel X86处理器高性能计算刀片，不能实现刀片自主可控问题，本实用新型提供了一种高性能密集计算刀片及刀片服务器。

一方面，本实用新型提供一种高性能密集计算刀片，包括：

国产处理器、基板管理控制器BMC、嵌入式显卡、40G网络控制器、PCIE SWITCH、内存颗粒、USB控制器、千兆网控制器、SATA控制器、RapidIO控制器、电源域和外部设备连接器；

所述国产处理器，分别连接所述PCIE SWITCH、所述40G网络控制器、所述嵌入式显卡和所述内存颗粒；

所述PCIE SWITCH，分别连接所述BMC、所述USB控制器、所述千兆网控制器、所述SATA控制器和所述RapidIO控制器，并通过PCIE总线连接所述外部设备连接器以便于扩展外部设备；

所述电源域，包括DC-DC电源组和低压差线性稳压器LDO电源组，所述DC-DC电源组分别连接所述国产处理器、所述嵌入式显卡、所述40G网络控制器、所述PCIE SWITCH、所述内存颗粒、所述USB控制器、所述千兆网控制器、所述SATA控制器和所述RapidIO控制器；所述LDO电源组连接所述BMC。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，所述DC-DC电源组包括9组DC-DC电源；所述LDO电源组包括4组LDO电源；

所述国产处理器分别连接所述9组DC-DC电源中的4路DC-DC电源；

所述PCIE SWITCH连接所述9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源；

所述40G网络控制器连接所述9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源；

所述千兆网控制器连接所述9组DC-DC电源中的1路DC-DC电源；

所述RapidIO控制器连接所述9组DC-DC电源中的3路DC-DC电源；

所述嵌入式显卡连接所述9组DC-DC电源中的5路DC-DC电源；

所述SATA控制器连接所述9组DC-DC电源中的3路DC-DC电源；

所述USB控制器连接所述9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源；

所述内存颗粒连接所述9组DC-DC电源中的1路DC-DC电源；

所述BMC连接所述4组LDO电源中的1,2,3,4路LDO电源。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，所述9组DC-DC电源的组成如下：

所述9组DC-DC电源中的第1路DC-DC电源由2颗HCE4630ML组成，第2路DC-DC电源为1颗HCE4630ML，第3路DC-DC电源为1颗HCE4630ML，第4、5、6路DC-DC电源为1颗HCE4632ML，第7、8、9路DC-DC电源为1颗HCE4632ML；

所述LDO电源组包括XC51200和HCE74401中的至少一种。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，所述外部设备连接器为VPX连接器。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，还包括CPLD芯片，用于控制所述高性能密集计算刀片上电时序。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，还包括BMC显存颗粒，与所述BMC和所述LDO电源组连接。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，还包括国产基本输入输出***BIOS芯片，所述国产BIOS芯片通过串行外设接口SPI总线连接所述国产处理器，以启动所述国产处理器。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，还包括第一电平转换芯片和第二电平转换芯片，所述国产处理器中设置有串口控制器，所述BMC中设置有串口控制器；

所述国产处理器中的串口控制器通过所述第一电平转换芯片连接所述外部设备连接器，以通过所述串口控制器和所述第一电平转换芯片实现切换所述国产处理器的调试接口；

所述BMC中的串口控制器通过所述第二电平转换芯片连接所述外部设备连接器，以通过所述串口控制器和所述第二电平转换芯片实现切换所述BMC的调试接口。

如上述高性能密集计算刀片，可选地，所述内存颗粒的布线满足预设条件，呈fly-by结构；

所述预设条件包括：时钟信号的差分阻抗为80Ω，控制命令信号的阻抗为40Ω，数据信号的阻抗为50Ω三者中的至少一种。

另一方面，本实用新型提供一种刀片服务器，包括如上任一所述的高性能密集计算刀片。

本实用新型提供的高性能密集计算刀片和刀片服务器，包括国产处理器、PCIESWITCH、40G网络控制器、嵌入式显卡、USB控制器、千兆网控制器、SATA控制器、RapidIO控制器、电源域和所述内存颗粒；所述电源域至少包括9路DC-DC电源和多个低压差线性稳压器LDO，能够提供DVI、DP、VGA显示输出接口等多种接口，并且提供PCIE3.0、40Gbase-KR4、SRIO、Serdes等多种高速通信协议接口，使得BMC智能化健康管理，及时上报刀片状态信息，适合国防对高性能国产密集计算刀片的需求，并且刀片集成度高、体积小、重量轻，适合多种加固机箱使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的高性能密集计算刀片的结构示意图；

图2为本实用新型又一实施例提供的高性能密集计算刀片的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的高性能密集计算刀片的结构示意图，如图1所示，该高性能密集计算刀片包括：

国产处理器(A)、基板管理控制器BMC(J)、嵌入式显卡(D)、40G网络控制器(C)、PCIE SWITCH(B)、内存颗粒(E)、USB控制器(F)、千兆网控制器(I)、SATA控制器(G)、RapidIO控制器(H)、电源域(M)和外部设备连接器(L)；

国产处理器(A)可以为飞腾处理器，包括飞腾FT1500A-16等，国产处理器(A)分别连接PCIE SWITCH(B)、40G网络控制器(C)、嵌入式显卡(D)和内存颗粒(E)；

PCIE SWITCH(B)可以为PEX8796，分别连接BMC(J)、USB控制器(F)、千兆网控制器(I)、SATA控制器(G)和RapidIO控制器(H)，并通过PCIE总线连接外部设备连接器以便于扩展外部设备；

电源域(M)为国产电源，可以由HCE4630ML、HCE4632ML、XC51200和HCE74401组成，包括DC-DC电源组和低压差线性稳压器LDO电源组，所述DC-DC电源组分别连接国产处理器(A)、嵌入式显卡(D)、40G网络控制器(C)、PCIE SWITCH(B)、内存颗粒(E)、USB控制器(F)、千兆网控制器(I)、SATA控制器(G)和RapidIO控制器(H)；LDO电源组连接BMC(J)；

其中，DC-DC电源组包括9组DC-DC电源；LDO电源组包括4组LDO电源；

国产处理器(A)分别连接9组DC-DC电源中的4路DC-DC电源，即第1路(包括两路)、第2路、第3路DC-DC电源；

PCIE SWITCH(B)连接9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源，即第4路、第5路DC-DC电源；

40G网络控制器(C)连接9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源，即第6路、第7路DC-DC电源；

千兆网控制器(I)连接9组DC-DC电源中的1路DC-DC电源，即第6路DC-DC电源；

RapidIO控制器(H)连接9组DC-DC电源中的3路DC-DC电源，即第4、6、8路DC-DC电源；

嵌入式显卡(D)连接9组DC-DC电源中的5路DC-DC电源，即第2、3、4、6、9路DC-DC电源；

SATA控制器(G)连接9组DC-DC电源中的3路DC-DC电源，即第4、6、8路DC-DC电源；

USB控制器(F)连接9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源，即第6、8路DC-DC电源；

内存颗粒连接9组DC-DC电源中的1路DC-DC电源，即第2路DC-DC电源；

BMC(J)连接4组LDO电源中的1,2,3,4路LDO电源。

具体地，9组DC-DC电源的组成如下：

9组DC-DC电源中的第1路DC-DC电源由2颗HCE4630ML组成，第2路DC-DC电源为1颗HCE4630ML，第3路DC-DC电源为1颗HCE4630ML，第4、5、6路DC-DC电源为1颗HCE4632ML，第7、8、9路DC-DC电源为1颗HCE4632ML；

LDO电源组包括XC51200和HCE74401中的至少一种。

采用上述方案，由于刀片中不同部件的工作电流和工作电压均不相同，因此，针对不同的部件配置不同电压和电流输出的DC-DC和LDO电源，即根据不同部件的实际工作需求配置相应的DC-DC和LDO电源，对于大电流需求选用转换效率高、发热量低的DC-DC电源，对于小电流需求选用LDO，相较于分立式电源芯片、外置的电感和晶体管组成的电源，高集成度的电源模组和LDO构成的电源所占用的面积更小，从而节省了电路板的面积，使刀片中的各个部件均能工作在自身匹配的电压和电流下，有效延长了各个部件的使用寿命。

进一步地，嵌入式显卡(D)，可以为E8860，连接外部设备连接器(L)，用于为外部显示设备提供VGA、DVI接口；

40G网络控制器(C)可以为XL710，连接外部设备连接器(L)，用于为外部扩展提供40Base-KR4总线接口；

USB控制器(F)可以为UPD720201，连接外部设备连接器(L)，用于为外部扩展提供USB接口；

SATA控制器(G)可以为88SE9215，连接外部设备连接器(L)，用于为外部扩展提供SATA接口；

RapidIO控制器(H)可以为Tsi721，连接外部设备连接器(L)，用于为外部扩展提供SRIOx4接口；

千兆网控制器(I)可以为I210，连接外部设备连接器(L)，用于为外部扩展提供Serdes接口；

BMC(J)可以为AST2400，连接外部设备连接器(L)，用于为外部扩展提供IPMI接口。

内存颗粒(E)为国产紫光DDR3内存颗粒，可以为SCB13H8G802BF-11MI，内存颗粒(E)内存共36颗，分别设计在刀片的正面和背面，布线满足预设条件，呈fly-by结构；预设条件包括：时钟信号的差分阻抗为80Ω，控制命令信号的阻抗为40Ω，数据信号的阻抗为50Ω三者中的至少一种。在实际应用中，高性能密集计算刀片的飞腾处理器(A)中可以集成4个64位DDR3内存控制器，在主板的正面和反面共贴18片1GB兼容2GB的内存颗粒(E)。由于主板尺寸较小，可以将内存颗粒(E)设置在紧邻处理器(A)中内存控制器的两侧。

外部设备连接器(L)可以为中行光电VPX连接器，由VPX20-1111-0004、VPX20-1132-0001组成。

进一步地，如图2所示，该高性能密集计算刀片还可以包括CPLD芯片(K)，通过GPIO连接各路DC-DC电源、LDO线性电源的使能管脚，以控制高性能密集计算刀片上电时序；具体地，CPLD芯片(K)连接第1、2路LDO电源。

进一步地，该高性能密集计算刀片还可以包括BMC显存颗粒，与BMC和LDO电源组连接，具体地，BMC显存颗粒连接至少一个LDO电源。

进一步地，该高性能密集计算刀片还可以包括国产基本输入输出***BIOS芯片，为昆仑固件，国产BIOS芯片通过串行外设接口SPI总线连接国产处理器(A)，以启动所述国产处理器。

进一步地，该高性能密集计算刀片还可以包括：第一电平转换芯片和第二电平转换芯片，国产处理器(A)中设置有串口控制器(A1)，BMC(J)中设置有串口控制器(J1)；

国产处理器(A)中的串口控制器(A1)通过第一电平转换芯片连接外部设备连接器(L)，以通过串口控制器(A1)和第一电平转换芯片实现切换国产处理器(A)的调试接口；

BMC(J)中的串口控制器(J1)通过第二电平转换芯片连接外部设备连接器(L)，以通过串口控制器(J1)和第二电平转换芯片实现切换BMC(J)的调试接口。

以一款高性能密集计算刀片为例，该刀片包括：飞腾处理器、PCIE SWITCH、40G网络控制器、嵌入式显卡、内存颗粒、USB控制器、SATA控制器、RapidIO控制器、千兆网控制器、BMC、CPLD，外部设备连接器、电源域，所述电源域的电压和电流需求如下：飞腾处理器的核电压为0.9V，电流需求约为40A；飞腾处理器的DDR3 PHY的电压为1.5V，电流需求约为2A。

飞腾处理器PCIE控制器的核电压为0.95V，电流需求约为3A，飞腾处理器GPIO接口电压为1.8V，电流需求约为1A；PCIE SWITCH的核电压0.9V，电流需求约为32A，PCIE SWITCH的GPIO接口电压为1.8V，电流需求约为0.04A；40G网络控制器C核电压为0.92V，电流需求约为8A，40G网络控制器C GPIO接口电压为3.3V，电流需求约为0.45A。

嵌入式显卡核电压为0.9V，电流需求约为28A，嵌入式显卡显存电压为1.5V，电流需求约为7A，嵌入式显卡GPIO接口电压为3.3V，电流需求约为2A。

内存颗粒电压为1.5V，电流需求约为3A；USB控制器核电压为1.0V，电流需求约为1A，USB控制器的GPIO接口电压为3.3V，电流需求约为0.1A；

SATA控制器的核电压为1.0V，电流需求约为0.7A，SATA控制器的GPIO接口电压为3.3V,电流需求约为0.2A，SATA控制器的模拟电压为1.8V，电流需求约为0.1A；RapidIO控制器的核电压为1.0V，电流需求约为3A，RapidIO控制器的GPIO接口电压为3.3V，电流需求约为0.02A，RapidIO控制器的模拟电压为1.5V，电流需求约为0.35A；

千兆网控制器的核电压为3.3V，电流需求约为0.2A；BMC的核电源为1.26V，电流需求约为0.766A，BMC的GPIO接口电源为3.3V，电流需求约为0.2A，BMC的显存控制器电源为1.5V，电流需求约为0.1A，BMC的网卡控制器电源为2.5V，电流需求约为0.2A；

采用本实用新型实施例提供的上述方案，根据不同部件的实际工作需求配置相应的DC-DC和LDO电源，使刀片中的各个部件均能工作在自身匹配的电压和电流下，有效延长了各个部件的使用寿命。

此外，本实用新型实施例还提供一种刀片服务器，包括上面所述的高性能密集计算刀片，此处不再赘述。

本实用新型实施例提供的高性能密集计算刀片和刀片服务器，包括国产处理器、PCIE SWITCH、40G网络控制器、嵌入式显卡、USB控制器、千兆网控制器、SATA控制器、RapidIO控制器、电源域和所述内存颗粒；所述电源域至少包括9路DC-DC电源和多个低压差线性稳压器LDO，能够提供DVI、DP、VGA显示输出接口等多种接口，并且提供PCIE3.0、40Gbase-KR4、SRIO、Serdes等多种高速通信协议接口，使得BMC智能化健康管理，及时上报刀片状态信息，适合国防对高性能国产密集计算刀片的需求，并且刀片集成度高、体积小、重量轻，适合多种加固机箱使用。

以上所描述的高性能密集计算刀片实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高性能密集计算刀片，其特征在于，包括：

国产处理器、基板管理控制器BMC、嵌入式显卡、40G网络控制器、PCIE SWITCH、内存颗粒、USB控制器、千兆网控制器、SATA控制器、RapidIO控制器、电源域和外部设备连接器；

所述国产处理器，分别连接所述PCIE SWITCH、所述40G网络控制器、所述嵌入式显卡和所述内存颗粒；

所述PCIE SWITCH，分别连接所述BMC、所述USB控制器、所述千兆网控制器、所述SATA控制器和所述RapidIO控制器，并通过PCIE总线连接所述外部设备连接器以便于扩展外部设备；

所述电源域，包括DC-DC电源组和低压差线性稳压器LDO电源组，所述DC-DC电源组分别连接所述国产处理器、所述嵌入式显卡、所述40G网络控制器、所述PCIE SWITCH、所述内存颗粒、所述USB控制器、所述千兆网控制器、所述SATA控制器和所述RapidIO控制器；所述LDO电源组连接所述BMC。

2.根据权利要求1所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，所述DC-DC电源组包括9组DC-DC电源；所述LDO电源组包括4组LDO电源；

所述国产处理器分别连接所述9组DC-DC电源中的4路DC-DC电源；

所述PCIE SWITCH连接所述9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源；

所述40G网络控制器连接所述9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源；

所述千兆网控制器连接所述9组DC-DC电源中的1路DC-DC电源；

所述RapidIO控制器连接所述9组DC-DC电源中的3路DC-DC电源；

所述嵌入式显卡连接所述9组DC-DC电源中的5路DC-DC电源；

所述SATA控制器连接所述9组DC-DC电源中的3路DC-DC电源；

所述USB控制器连接所述9组DC-DC电源中的2路DC-DC电源；

所述内存颗粒连接所述9组DC-DC电源中的1路DC-DC电源；

所述BMC连接所述4组LDO电源中的1,2,3,4路LDO电源。

3.根据权利要求2所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，所述9组DC-DC电源的组成如下：

所述9组DC-DC电源中的第1路DC-DC电源由2颗HCE4630ML组成，第2路DC-DC电源为1颗HCE4630ML，第3路DC-DC电源为1颗HCE4630ML，第4、5、6路DC-DC电源为1颗HCE4632ML，第7、8、9路DC-DC电源为1颗HCE4632ML；

所述LDO电源组包括XC51200和HCE74401中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，所述外部设备连接器为VPX连接器。

5.根据权利要求1-3任一所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，还包括CPLD芯片，用于控制所述高性能密集计算刀片上电时序。

6.根据权利要求1-3任一所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，还包括BMC显存颗粒，与所述BMC和所述LDO电源组连接。

7.根据权利要求1-3任一所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，还包括国产基本输入输出***BIOS芯片，所述国产基本输入输出***BIOS芯片通过串行外设接口SPI总线连接所述国产处理器，以启动所述国产处理器。

8.根据权利要求1-3任一所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，还包括第一电平转换芯片和第二电平转换芯片，所述国产处理器中设置有串口控制器，所述BMC中设置有串口控制器；

所述国产处理器中的串口控制器通过所述第一电平转换芯片连接所述外部设备连接器，以通过所述串口控制器和所述第一电平转换芯片实现切换所述国产处理器的调试接口；

所述BMC中的串口控制器通过所述第二电平转换芯片连接所述外部设备连接器，以通过所述串口控制器和所述第二电平转换芯片实现切换所述BMC的调试接口。

9.根据权利要求1-3任一所述的高性能密集计算刀片，其特征在于，所述内存颗粒的布线满足预设条件，呈fly-by结构；

所述预设条件包括：时钟信号的差分阻抗为80Ω，控制命令信号的阻抗为40Ω，数据信号的阻抗为50Ω三者中的至少一种。

10.一种刀片服务器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的高性能密集计算刀片。

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