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Die Erfindung betrifft ein Computersystem gemäß Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner Komponenten für ein solches Computersystem, wie ein Backplane-Modul gemäß Anspruch 2, ein Basisboard gemäß Anspruch 5, ein Netzteil gemäß Anspruch 6, ein Netzwerkmodul gemäß Anspruch 7 sowie einen Satz von Netzwerkmodulen gemäß Anspruch 8.
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Die Erfindung betrifft das Gebiet von Computersystemen im Allgemeinen. Die Erfindung betrifft insbesondere den Bereich größerer Computeranlagen, z.B. in Rechenzentren, und den Bereich von Serversystemen. Solche Computersysteme weisen auch heute noch einen großen Platzbedarf auf, sind relativ kostenaufwändig und entsprechen hinsichtlich der Energieeffizienz nicht immer modernen Maßstäben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Computersystem im Hinblick auf einen oder mehrere der Parameter Platzbedarf, Kosten und Energieverbrauch zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Computersystem mit mehreren elektrischen Computerkomponenten, wobei als elektrische Computerkomponenten wenigstens zwei als steckbare Module ausgebildete Basisboards vorhanden sind, die jeweils einen oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen, wobei das Computersystem wenigstens ein Backplane aufweist, das Steckplätze für wenigstens zwei Basisboards aufweist, über die Basisboards an das Backplane steckbar sind, wobei das Backplane wenigstens Datenkommunikationsleitungen und Stromversorgungsleitungen aufweist, wobei das Backplane an das Backplane gesteckte Basisboards über die Datenkommunikationsleitungen mit weiteren Komponenten des Computersystems und/oder Computersystem-externen Komponenten und über Stromversorgungsleitungen mit einem Netzteil verbindet, wobei das Backplane modular wahlweise aus einem oder mehreren Backplane-Modulen gebildet ist, wobei jedes Backplane-Modul Steckverbinder aufweist, über die es mit einem oder mehreren weiteren Backplane-Modulen zusammensteckbar ist. Bei den Steckverbindern kann es sich insbesondere um elektrische Steckverbinder handeln.
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Hierdurch kann ein besonders effizient skalierbares Computersystem geschaffen werden, das hinsichtlich seiner Größe und Rechenleistung an den jeweiligen Bedarf angepasst werden kann. Für die Zusammenstellung des Computersystem können identische Module, die nur einmal zu entwickeln sind, mehrfach eingesetzt werden, indem nach Art eines Baukastensystems Backplane-Module bereitgestellt werden, aus denen ein Backplane des Computersystems gebildet werden kann, und ferner Basisboards bereitgestellt werden, die an das Backplane bzw. die Backplane-Module ansteckbar sind und hinsichtlich ihrer Anzahl bedarfsweise gewählt werden können. Auf diese Weise können je nach Bedarf Computersysteme mit unterschiedlicher, an den Bedarf angepasster Rechenleistung bereitgestellt werden. Es kann z.B. in einer Grundausführung ein einziges Backplane-Modul verwendet werden, das bereits das Backplane des Computersystems bildet. An dieses Backplane-Modul werden dann ein, zwei oder mehr Basisboards angesteckt. Bei größerem Bedarf an Rechenleistung, oder wenn weitere Komponenten angesteckt werden sollen, kann das Backplane durch Anstecken eines weiteren Backplane-Moduls oder mehreren weiteren Backplane-Modulen erweitert werden. Dann können an die weiteren Backplane-Module weitere Basisboards und gegebenenfalls andere Computerkomponenten angesteckt werden. Vorteilhaft können die Backplane-Module dabei einheitlich ausgebildet sein, so dass nur ein Typ von Backplane-Modulen bereitgestellt werden muss, aus dem dann praktisch beliebige Computersysteme zusammengestellt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Computersystem eine Rechenleistungs-Managementkomponente auf, die dazu eingerichtet ist, je nach Rechenbedarf die Rechenleistung von einem, mehreren oder allen Mikroprozessoren an den Rechenbedarf anzupassen. Dies kann z.B. durch automatisches Hinzu- und Wegschalten von Mikroprozessoren und/oder durch Beeinflussung der Taktfrequenz von Mikroprozessoren erfolgen. Durch die an den jeweiligen Bedarf angepasste Rechenleistung kann elektrische Energie eingespart werden, da die Ausnutzung der verfügbaren Rechenleistung auch mit erhöhtem Energiebedarf der Mikroprozessoren einhergeht. Zudem kann bei heruntergefahrener Rechenleistung auch Energie im Hinblick auf das Kühlungssystem eingespart werden. Bei heruntergefahrener Rechenleistung wird durch die Mikroprozessoren weniger Wärme abgegeben, so dass auch weniger Kühlungsbedarf durch das Kühlungssystem erforderlich ist. So können dann bei heruntergefahrener Rechenleistung z.B. vorhandene Lüfter ganz oder teilweise abgeschaltet werden oder mit geringerer Drehzahl betrieben werden. Im Fall einer Flüssigkeitskühlung kann die Pumpleistung einer Umwälzpumpe reduziert werden. Die Rechenleistungs-Managementkomponente kann als Hardwarebauteil, insbesondere mit einem Mikroprozessor, oder als reine Softwarekomponente, ausgebildet sein. In dem Fall, dass die Rechenleistungs-Managementkomponente als reine Softwarekomponente ausgebildet ist, kann sie z.B. auf einem der genannten Mikroprozessoren des Computersystems ausgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Computersystem als Einschubmodul für einen Einschubschrank ausgebildet. Aus dem Computersystem und weiteren Einschubmodulen, die in dem Einschubschrank vorgesehen sind, z.B. weitere als Einschubmodule ausgebildete Computersysteme der zuvor beschriebenen Art, kann dann z.B. ein Hochleistungsrechner oder ein Serversystem, z.B. für Datensicherungszwecke, zusammengestellt werden. Das Einschubmodul kann dabei auf eine Grundplatte zur Aufnahme des Backplane und der weiteren Komponenten aufweisen, oder ein eigenes Gehäuse zur Aufnahme des Backplane und der weiteren Komponenten.
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Das beschriebene Computersystem kann vorteilhaft kombiniert werden mit den nachfolgend beschriebenen weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, in Form des Backplane-Moduls und dessen Ausgestaltungen, des Basisboards und dessen Ausgestaltungen, des Netzteils und dessen Ausgestaltungen sowie des Netzwerkmoduls und dessen Ausgestaltungen.
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Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 2 ferner ein Backplane-Modul für ein Computersystem der zuvor beschriebenen Art, wobei das Backplane-Modul Steckplätze für wenigstens zwei Basisboards aufweist, über die die Basisboards an das Backplane-Modul streckbar sind, wobei das Backplane-Modul wenigstens Datenkommunikationsleitungen und Stromversorgungsleitungen aufweist, wobei das Backplane-Modul an das Backplane-Modul gesteckte Basisboards über die Datenkommunikationsleitungen mit weiteren Komponenten des Computersystems und/oder Computersystem-externen Komponenten und über Stromversorgungsleitungen mit einem Netzteil verbindet, wobei das Backplane-Modul Steckverbinder aufweist, über die es mit einem oder mehreren weiteren Backplane-Modulen zusammensteckbar ist, wobei das Backplane-Modul wahlweise alleine oder als Anordnung mehrerer zusammengesteckter Backplane-Module als Backplane des Computersystem einsetzbar ist. Es wird hiermit ein vorteilhaftes Backplane-Modul angegeben, das als Baustein eines Baukastensystems für ein Computersystem verwendet werden kann, wie eingangs beschrieben.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Backplane-Modul gekennzeichnet durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale:
- a) ein Anschluss für eine direkte Gleichspannungseinspeisung zur Stromversorgung der angesteckten Basisboards, insbesondere eine direkte 12V-Einspeisung,
- b) Fingerkontakte zur Kontaktierung von entlang des Backplane verlaufenden Stromverteilungsschienen zur Zuführung der Versorgungsspannung des Netzteils zu den angesteckten Basisboards,
- c) Netzwerkleitungen und/oder Netzwerkverteiler,
- d) Steckplätze für weitere elektrische Computerkomponenten,
- e) austauschbare Netzwerkmodule.
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Dies zeigt die hohe Flexibilität und Modularität, die bei einem Computersystem durch Einsatz des erfindungsgemäßen Backplane-Moduls erzielt werden kann. Die Stromverteilungsschienen können dabei z.B. Teil einer unterhalb des Backplane angeordneten Leiterplatte oder gesonderte unterhalb des Backplane angeordnete Bauteile sein.
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Weitere elektrische Computerkomponenten die auf Steckplätze des Backplane-Moduls steckbar sind, können z.B. ein Netzwerkmodul sein, wie es nachfolgend noch anhand des Anspruchs 7 beschrieben wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Backplane-Modul in einer Längserstreckungsrichtung seine größte Erstreckungslänge auf, d.h. in anderen Dimensionen weist das Backplane-Modul geringere Erstreckungslängen auf. Die Steckverbinder zum Zusammenstecken von Backplane-Modulen sind dabei jeweils an in Längserstreckungsrichtung voneinander abgewandten Endseiten der Backplane-Module angeordnet. Hierdurch sind die Backplane-Module in Längserstreckungsrichtung zusammensteckbar. Es kann somit ein Backplane mit einer Gesamtlänge von der Erstreckungslänge eines Backplane-Moduls oder einer Vielzahl von Backplane-Modulen zusammengestellt werden.
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Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 5 ferner ein Basisboard für ein Computersystem, insbesondere für ein Computersystem der eingangs beschriebenen Art, wobei das Basisboard eine Basisplatine und eine oder mehrere auf die Basisplatine aufgesteckte Mikroprozessorplatinen aufweist, wobei eine Mikroprozessorplatine wenigstens einen Mikroprozessor aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Modularität und Skalierbarkeit des Computersystems weiter erhöht wird, in dem auch das Basisboard selbst skalierbar ausgebildet ist. Auf das Basisboard können je nach Bedarf eine oder mehrere Mikroprozessorplatinen aufgesteckt werden, z.B. ein bis vier Mikroprozessorplatinen. Durch die mehrstufige Skalierbarkeit des Computersystems, einerseits über die Backplane-Module und andererseits über das Basisboard, kann das Computersystem mit hoher Granularität an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden bzw. entsprechend zusammengestellt werden. Es kann insgesamt eine große Zahl von Mikroprozessoren über die Mikroprozessorplatinen eingesetzt werden, was es möglich macht, einfache und billige Mikroprozessoren zu verwenden. Es können insbesondere im Handel bereits erhältliche Mikroprozessorplatinen, die auch in anderen Bereichen der Technik eingesetzt werden, zur Bildung eines Großrechners oder eines Serversystems verwendet werden. So können die Mikroprozessorplatinen z.B. als ARM-Module ausgebildet sein, wie sie für einfache, mobile Rechneranwendungen, z.B. in Smartphones oder Tablet-PCs, eingesetzt werden. Auf diese Weise können erprobte und bewährte Mikroprozessormodule eingesetzt werden, die preisgünstig erhältlich sind, und zu einem Computersystem mit hoher Rechenleistung zusammengestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Mikroprozessorplatinen in einem Winkel zwischen 5° und 85° auf die Basisplatine steckbar. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Mikroprozessorplatinen in einem Winkel zwischen 20° und 60° auf die Basisplatine steckbar. Die Mikroprozessorplatinen sind damit schräg zur Basisplatine an dieser befestigbar, was den Vorteil hat, dass das gesamte Basisboard mit den aufgesteckten Mikroprozessorplatinen eine geringere Bauhöhe hat als bei im senkrechten Winkel aufgesteckten Basisplatinen. Dennoch ist es möglich, mehrere Mikroprozessorplatinen auf die Basisplatine zu stecken, weil sich durch die schräge Anordnung eine Art Fächeranordnung realisieren lässt, die genug Platz für die Anordnung mehrerer Mikroprozessorplatinen gibt und zudem auch geeignete Kühlungsmöglichkeiten der Mikroprozessoren erlaubt. Durch die beschriebene Anordnung der Mikroprozessorplatinen im Winkel zur Basisplatine kann z.B. ein Basisboard bereitgestellt werden, das bei Einsatz in einem Einschubschrank mit einer genormten Höheneinheit der Einschubmodule auskommt. Es können dennoch handelsübliche Mikroprozessorplatinen, z.B. die genannten ARM-Module, eingesetzt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind alle Mikroprozessorplatinen in gleichem Winkel auf die Basisplatine steckbar, so dass die Mikroprozessorplatinen im auf die Basisplatine gesteckten Zustand parallel verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass ungewollte Berührungen zwischen den Mikroprozessorplatinen schon durch die vorgegebene Steckrichtung vermieden werden können, so dass hierdurch auch das Risiko unerwünschter elektrischer Kontaktierungen zwischen den Mikroprozessorplatinen minimiert ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Basisboard ein Trägerbauteil auf, das Trägerbauteil starr mit der Basisplatine verbunden ist. Die Mikroprozessorplatine bzw. die mehreren Mikroprozessorplatinen sind in einem vom Steckverbinder der Mikroprozessorplatine entfernten Bereich an dem Trägerbauteil mechanisch gehalten. Hierdurch kann auch ein mechanisch sehr stabiler Aufbau der schräg auf die Basisplatine gesteckten Mikroprozessorplatinen realisiert werden. Insgesamt können damit industrieübliche Anforderungen an die Erschütterungsfestigkeit und Robustheit von Computersystemen bzw. von Einschubmodulen für Einschubschränke erfüllt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Basisboard gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
- a) ein auf der Basisplatine angeordneter Steckverbinder zur Aufnahme eines als Gegenstück zugeordneten Steckverbinders einer Mikroprozessorplatine ist als abgewinkelter Steckverbinder ausgebildet, bei dem der Winkel zwischen der Steckrichtung und der Oberfläche der Basisplatine zwischen 5° und 85° liegt, insbesondere in einem Winkel zwischen 20° und 60°,
- b) wenigstens eine Mikroprozessorplatine ist mit einem abgewinkelten Steckverbinder ausgebildet, der zum Einstecken in einen als Gegenstück ausgebildeten Steckverbinder der Basisplatine ausgebildet ist, wobei bei dem Steckverbinder der Mikroprozessorplatine der Winkel zwischen der Steckrichtung und der Oberfläche der Basisplatine zwischen 5° und 85° liegt, insbesondere in einem Winkel zwischen 20° und 60°,
- c) die Basisplatine weist wenigstens einen gegenüber den überwiegenden Flächenbereichen der Basisplatine abgewinkelten Bereich auf, an dem ein Steckverbinder angeordnet ist, der zur Aufnahme eines als Gegenstück zugeordneten Steckverbinders einer Mikroprozessorplatine ausgebildet ist, wobei insbesondere der Winkel zwischen den überwiegenden Flächenbereichen der Basisplatine und dem abgewinkelten Bereich zwischen 5° und 85° liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 20° und 60°.
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Die schräge Steckung der Mikroprozessorplatinen bezüglich der Basisplatine kann, wie in den Alternativen a) und b) zuvor angegeben, einerseits durch entsprechend abgewinkelte Steckverbinder, entweder auf der Seite der Basisplatine oder auf der Seite der Mikroprozessorplatine oder auf beiden Seiten, erreicht werden. Gemäß Alternative c) kann die schräge Steckung durch Abwinklung eines Teils der Basisplatine realisiert werden. Die Basisplatine kann nach üblichen Herstellungsverfahren für elektrische Leiterplatten hergestellt werden und dann nach Herstellung als flaches ebenes Platinenbauteil in einem oder mehreren bestimmten Bereichen nachträglich abgewinkelt werden, z.B. durch Abkanten mittels eines Abkantwerkzeugs. Vorteilhaft kann bei dem Abkantprozess die Basisplatine im abzuwinkelnden Bereich erwärmt werden. Die Alternative c) hat den Vorteil, dass einfache, handelsübliche Steckverbinder eingesetzt werden können, die nicht mit einer speziellen Abwinklung im Winkelbereich von z.B. 5° bis 85° ausgebildet sein müssen. Es können vielmehr handelsübliche Platinensteckverbinder eingesetzt werden. Hierdurch kann das Basisboard sehr kostengünstig realisiert werden.
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Der Bereich, in dem die Basisplatine abgekantet wird, d.h. ein gebogener oder geknickter Bereich, wird auch als Übergangsbereich bezeichnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Übergangsbereich zwischen den überwiegenden Flächenbereichen der Basisplatine und dem abgewinkelten Bereich als impedanzkontrollierter Übergang ausgebildet, derart, dass der Wellenwiderstand zumindest bestimmter durch den Übergangsbereich geführter elektrischer Leitungen der Basisplatine auch im Übergangsbereich im Wesentlichen konstant ist. Es ist insbesondere vorteilhaft, bei mit hochfrequenten Wechselsignalen beaufschlagten Leitungen auch im Übergangsbereich einen gleichbleibenden Wellenwiderstand zu realisieren, um Signalreflexionen zu vermeiden. Dies hat den Vorteil, dass z.B. auch Netzwerkleitungen, auf denen eine Datenkommunikation mit Übertragungsraten erfolgt, die im Megahertzbereich liegen, problemlos in den abgewinkelten Bereich der Basisplatine geführt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Übergangsbereich zwischen den überwiegenden Flächenbereichen der Basisplatine und dem abgewinkelten Bereich in Form einer Starrflex-Abwinklung oder einer Semiflex-Abwinklung ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Abwinklung kostengünstig herstellbar ist und eine ausreichende mechanische Robustheit aufweist.
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Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 6 ferner ein Netzteil für ein Computersystem, insbesondere für ein Computersystem der zuvor beschriebenen Art, wobei das Netzteil zur Spannungsversorgung der einzelnen Komponenten des Computersystems dient, und wobei das Netzteil mehrere Subnetzteile aufweist, die jeweils alleine als autarkes Netzteil zur Spannungsversorgung der einzelnen Komponenten des Computersystems betreibbar sind, wobei eine übergeordnete Steuereinrichtung zur Steuerung der Subnetzteile vorhanden ist, die die Subnetzteile ein- und ausschalten kann, wobei die übergeordnete Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Ein- oder Ausschalten der Subnetzteile die bereitgestellte elektrische Leistung des Netzteils entsprechend dem elektrischen Leistungsbedarf des Computersystems anzupassen. Hierdurch kann ein „atmendes“ Netzteil bereitgestellt werden, das modular ausgebildet ist und hocheffizient ist. Dadurch, dass durch das Ein- und Ausschalten der Subnetzteile immer nur so viele Subnetzteile eingeschaltet sind, wie es der Leistungsbedarf des Computersystems erfordert, können die einzelnen Subnetzteile immer in einem optimalen Wirkungsgradbereich betrieben werden, so dass deren Energieeffizienz optimiert ist. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass die Subnetzteile als Schaltnetzteile ausgebildet sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass auch eine höhere Materialeffizienz gegenüber bekannten Lösungen mit redundanten Netzteilen erzielt werden kann. Übliche Lösungen mit einem einzelnen großen Hauptnetzteil für das gesamte Computersystem und einem ebenso großen Redundanz-Netzteil beinhalten sozusagen 50 % Overhead, da im Normalfall, wenn das Hauptnetzteil nicht ausfällt oder gestört ist, dass Redundanz-Netzteil nicht benötigt ist. Durch die Aufteilung in viele kleine Subnetzteile ist der durch die Redundanz notwendige Overhead erheblich geringer. So kann z.B. das Netzteil zehn Subnetzteile aufweisen, von denen eines als Redundanznetzteil fungiert. In diesem Fall ist der aus Redundanzgründen erforderliche Overhead nur 10 %.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinrichtung dazu eingerichtet, Leistungsbedarf-Anforderungen von Komponenten des Computersystems, die einen absehbaren zukünftigen Leistungsbedarf beschreiben, zu empfangen, auszuwerten und entsprechend den Leistungsbedarf-Anforderungen Subnetzteile ein- oder auszuschalten, so dass bei Eintreten des Leistungsbedarfs gemäß der Leistungsbedarfs-Anforderung ausreichend viele Subnetzteile eingeschaltet sind, um den Leistungsbedarf zu decken. Auf diese Weise kann das Netzteil sozusagen vorausschauend gesteuert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass das Computersystem oder Komponenten des Computersystems in der Lage sind, Leistungsbedarfs-Anforderungen zu generieren. Dies kann vorteilhaft durch das Computersystem und dessen Komponenten, wie zuvor beschrieben, erfolgen.
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Die übergeordnete Steuereinrichtung kann zusätzlich den tatsächlichen Leistungsbedarf messen und, wenn der tatsächliche Leistungsbedarf über einen bestimmten Zeitraum um einen bestimmten Mindestwert von dem durch die Leistungsbedarfs-Anforderung beschriebenen Leistungsbedarf abweicht, selbsttätig Subnetzteile einschalten bzw. ausschalten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die übergeordnete Steuernrichtung dazu eingerichtet, einen Ausfall und eine Fehlfunktion eines Subnetzteils zu erkennen, und wenn ein solcher Ausfall oder eine Fehlfunktion erkannt wird, ein anderes Subnetzteil ersatzweise einzuschalten. Auf diese Weise kann die übergeordnete Steuereinrichtung eine Redundanz-Steuerung des Netzteils übernehmen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Subnetzteile des Netzteils baulich getrennt von den Verbrauchern in dem Computersystem angeordnet. Das Netzteil, das die Subnetzteile umfasst, kann insbesondere als ein eigenständiges Netzteilmodul ausgebildet sein, und/oder als ein Netzteileinschub für einen Einschubschrank. Das Netzteil weist dann z.B. einen eigenen Bauteileträger oder ein eigenes Gehäuse auf. Dies hat den Vorteil, dass das Netzteil baulich vollkommen von den Verbrauchern, z.B. von den Basisboards, getrennt ist. Hierdurch wird wiederum eine erhöhte Modularität des Computersystems erzielt. Zudem ist das Netzteil unabhängig vom Zustand anderer Computermodule wiederverwendbar. Es müssen nicht andere Computermodule dezentral mit Netzteilen ausgestattet sein, was wiederum in einer höheren Material- und Energieeffizienz des Gesamtsystems resultiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die in dem Netzteil von den Subnetzteilen bereitgestellte elektrische Energie zunächst gemeinsam über Stromschienen geführt und dann auf mehrere Einzel-Steckverbinder des Netzteils verteilt. Durch die Stromschienen kann der elektrische Strom widerstandsarm zu den Einzel-Steckverbindern geführt werden. Die Verwendung mehrerer Einzel-Steckverbinder hat den Vorteil, dass das Netzteil gerade für modulare Konzepte von Computersystemen besonders geeignet ist, da wahlweise z.B. auf die Einzel-Steckverbinder zwei Computersysteme mit hohem Energiebedarf, oder mehr als zwei Computersysteme mit entsprechend geringerem Energiebedarf angesteckt werden können. Das Netzteil ist insbesondere geeignet zur Stromversorgung mehrerer Computersysteme der eingangs beschriebenen Art, z.B. mehrerer Einschubmodule eines Einschubschranks. Je nach Bedarf können in dem Einschubschrank eines oder mehrere Netzteile der zuvor beschrieben Art angeordnet werden.
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Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 7 ferner ein Netzwerkmodul für ein Computersystem, das mehrere Basisboards mit Mikroprozessoren aufweist, insbesondere ein Computersystem der zuvor beschriebenen Art. Vorgeschlagen wird, dass das Netzwerkmodul als Steckmodul ausgebildet ist, das über Steckanschlüsse direkt oder indirekt über ein Backplane mit wenigstens zwei Basisboards verwendbar ist. Das Netzwerkmodul stellt insbesondere eine Verbindung von bestehenden Netzwerk-Schnittstellen mehrerer Basisboards zu Datenkommunikationsleitungen eines Backplane her. Dies hat den Vorteil, dass über das Netzwerkmodul eine elektrische Kontaktierung mehrerer Basisboards in Bezug auf deren Netzwerk-Schnittstellen realisiert werden kann, ohne dass mehrere einzelne Verbindungen hergestellt werden müssen. Dadurch, dass das Netzwerkmodul als Steckmodul ausgebildet ist, d.h. steckbar ist, kann es leicht gewechselt werden. Auf diese Weise kann ein anderes Netzwerkmodul, das andere Netzwerkprotokolle unterstützt, statt eines ursprünglichen Netzwerkmoduls aufgesteckt werden. Es kann auf diese Weise ein schneller Wechsel auf andere Netzwerkprotokolle realisiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung stellt das Netzwerkmodul wenigstens eine der folgenden Funktionen bereit:
- a) über das Netzwerkmodul sind bestehende Netzwerk-Schnittstellen mehrerer Basisboards über Steckanschlüsse des Netzwerkmoduls mit auf einem Backplane des Computersystems geführten Datenkommunikationsleitungen verbindbar,
- b) das Netzwerkmodul fungiert als mehrfache Netzwerkkarte, z.B. doppelte Netzwerkkarte, indem durch das Netzwerkmodul Netzwerksignale nach einem ersten Protokoll, das auf den Basisboards verwendet wird, in Netzwerksignale nach einem zweiten Protokoll, das sich vom ersten Protokoll unterscheidet, umwandelbar sind,
- c) das Netzwerkmodul ist zu Energieeinsparungszwecken zumindest teilweise abschaltbar ausgebildet,
- d) das Netzwerkmodul weist Sensormittel auf, die zur Sensierung und Überwachung wenigstens von Spannung, Stromaufnahme und Temperatur von Komponenten des Netzwerkmoduls ausgebildet sind.
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Die Funktion a) hat den Vorteil, dass die bestehenden Netzwerk-Schnittestellen mehrerer Basisboards auf einfache und modulare Weise mit den Datenkommunikationsleitungen auf dem Backplane des Computersystems verbunden werden können, wobei, wie bereits erläutert, durch Wechsel des Netzwerkmoduls einfach und schnell auf andere Netzwerkprotokolle gewechselt werden kann.
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Die Funktion b) hat den Vorteil, dass das Netzwerkmodul, neben seiner reinen elektromechanischen Verbindung, zusätzlich eine Netzwerk-Protokoll-Konvertierungsfunktion aufweist. Es kann mittels des Netzwerkmoduls eine Konvertierung von dem ersten Protokoll in das zweite Protokoll erfolgen, und/oder auch eine Konvertierung von dem zweiten Protokoll in das erste Protokoll. Auf diese Weise wird ein sehr universell einsetzbares Netzwerkmodul bereitgestellt.
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Die Funktion c) hat den Vorteil, dass die angestrebte Energieeffizienz des Computersystems auch bis hin zu dem Netzwerkmodul realisiert werden kann. Dieses kann bei Bedarf zumindest teilweise abgeschaltet werden.
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Die Funktion d) hat den Vorteil, dass das Netzwerkmodul, ebenso wie z.B. andere Module des Computersystems, von einer Management-Komponente des Computersystems überwacht werden kann und Fehler schnell erkannt werden können.
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Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 8 ferner einen Satz von Netzwerkmodulen der zuvor beschriebenen Art, wobei der Satz von Netzwerkmodulen Netzwerkmodule mit unterschiedlichen Netzwerkprotokoll-Konvertierungen und/oder unterschiedlichen Steckanschlüssen bzw. Abständen von Steckanschlüssen aufweist. Auf diese Weise kann das eingangs beschriebene Baukastensystem des Computersystems erweitert werden in den Bereich der Netzwerkmodule. Es kann durch eine relativ geringe Anzahl unterschiedlicher Netzwerkmodule des Satzes von Netzwerkmodulen eine Vielzahl von Nutzeranforderungen erfüllt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: ein Serversystem in Form eines Einschubschranks und
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2 bis 3: Einschubmodule des Serversystems gemäß 1 und
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4: ein Backplane-Modul von einer Oberseite und
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5: das Backplane-Modul gemäß 4 von einer Unterseite und
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6: ein aus Backplane-Modulen gebildetes Backplane und
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7: das Backplane gemäß 6 mit angesteckten weiteren Modulen und
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8 bis 10: ein Basisboard in verschiedenen Ansichten und
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11: ein Netzeil.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
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Die 1 zeigt ein Serversystem, das einen Einschubschrank 40 und mehrere in den Einschubschrank 40 von einer Frontseite in Richtung der Pfeile 44 einschiebbare Einschubmodule 1 zeigt. Die Einschubmodule 1 können z.B. als Computersystem der zuvor beschriebenen Art, als Netzteil der zuvor beschriebenen Art oder als anderes Modul, z.B. als Speichermodul, ausgebildet sein. Der Einschubschrank 40 weist an seiner Rückseite einen Abluftkanal 41 auf. An der Oberseite des Abluftkanals 41 sind ein Absaug-Gebläse 42 sowie ein Abluftrohr 43 vorgesehen. Ein solches Serversystem erlaubt eine vorteilhafte Luftführung für die Kühlung der Vielzahl der Einschubmodule 1. Die angesaugte Luft, die in Richtung der Pfeile 44 in den Einschubschrank 41 eintreten kann, wird z.B. in Querrichtung über die Einschubmodule 1 geführt und an der Rückseite über den Abluftkanal 41 als Luftstrom 45 abgesaugt und als Abluftstrom 46 über das Abluftrohr 43 fortgeführt, beispielsweise in die Umgebung oder zu einer Klimaanlage.
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Die 2 zeigt beispielhaft ein Einschubmodul 1 in Form eines Mehrprozessor-Computersystems. Das Einschubmodul 1 weist eine Hauptplatine 2 auf, auf der eine Mehrzahl von Trägerplatinen 20 in zwei zueinander parallelen Reihen angeordnet ist. Dargestellt ist eine Anordnung von zwei mal drei Trägerplatinen 20. Auf jeder Trägerplatine 20 ist jeweils eine Prozessorplatine 10 aufgesetzt, auf der Mikroprozessoren angeordnet sind.
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An der Hauptplatine 2 ist frontseitig eine Frontplatte 3 (auch Frontpanel genannt) angeordnet. An der Frontplatte 3 sind auf Steckverbinder die jeweiligen Datenschnittstellen der Prozessorplatinen 10 geführt. Zudem sind an der Frontplatte 3 ein Steckverbinder 5 für eine Kommunikationsschnittstelle eines Überwachungssystems des Einschubmoduls 1 sowie eine Benutzerschnittstelle 6 des Überwachungssystems angeordnet. Die Benutzerschnittstelle 6 weist beispielsweise ein Display zur Anzeige von Daten sowie Bedientasten auf.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Einschubmoduls 1. Erkennbar ist wiederum eine Hauptplatine 27 und darauf aufgesetzte Prozessorplatinen 22. Das Einschubmodul 1 weist in der Ausgestaltung gemäß 3 ein aus Gehäusewänden 28, 29, 30, 23, gebildetes Gehäuse in Form eines äußeren Rahmens auf. Die Hauptplatine 27 erstreckt sich über den hierdurch gebildeten Rahmen in einen Bereich 24 hinaus, um im Bereich 24 in Einschubschienen des Einschubschranks 40 befestigt werden zu können.
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Die Gehäusewand 23 kann z.B. zugleich die Frontplatte des Einschubs 1 sein und ähnlich wie zuvor für die Frontplatte 3 beschrieben ausgebildet sein. Erkennbar ist, dass die seitlichen Wände 29, 30 Durchbrüche 9 aufweisen können. Durch diese Durchbrüche 9 kann Kühlluft über die Prozessorplatinen 22 geführt werden, wie durch die Pfeile 17, 18, 19 angedeutet ist.
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Die nachfolgend anhand der 4 bis 7 beschriebene Ausführungsform eines Computersystems, das ebenso wie die Ausführungsform gemäß den 2 und 3 als Einschubmodul für einen Einschubschrank 40 ausgebildet sein kann, unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass keine einstückige gemeinsame Hauptplatine für die Anordnung von Prozessorplatinen vorgesehen ist. Stattdessen ist ein Backplane 50 vorgesehen, das aus mehreren Backplane-Modulen 51 zusammensteckbar ist bzw. aus einem einzigen Backplane-Modul 51 gebildet sein kann.
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Die 4 und 5 zeigen zunächst beispielhaft ein Backplane-Modul 51, das in der 4 von einer Oberseite erkennbar ist, auf der Steckanschlüsse 52 erkennbar sind. Auf diese Steckanschlüsse 52 kann ein Netzwerkmodul 60 aufgesteckt werden, das als Gegenstück zu den Steckanschlüssen 52 ausgebildete, kompatibel angeordnete eigene Steckanschlüsse 61 aufweist. Die 5 zeigt das Backplane-Modul 51 von der gegenüberliegenden Unterseite. Erkennbar sind z.B. sechs Steckverbindungen 53, an die wahlweise Basisboards oder andere elektrische Computerkomponenten angesteckt werden können. Ferner erkennbar sind in 5 Steckanschlüsse 54 zur Verbindung des Backplane-Moduls 51 mit einer Frontplatte des Einschubmoduls, z.B. zur Führung von Datenschnittstellen zu der Frontplatte. Weiter erkennbar sind in der 5 Anschlusskontakte 55, die zur elektrischen Stromversorgung des Backplane-Moduls 51 und daran angeschlossener weiterer Komponenten, z.B. die über die Steckverbinder 53 angeschlossenen Komponenten, dient. Die Anschlusskontakte 55 können z.B. in Form kupferner Fingerkontakte ausgebildet sein, d.h. in Form von Stiften, die von der Oberfläche des Backplane-Moduls 51 abstehen. Die Fingerkontakte können dann den elektrischen Strom von unter dem Backplane-Modul 51 verlaufenden Stromschienen aufnehmen.
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In beiden 4 und 5 ist ferner erkennbar, dass ein Backplane-Modul 51 an den in Längserstreckungsrichtung gegenüberliegenden Endseiten weitere Steckverbindungen 56 aufweist. Über die Steckverbindungen 56 können mehrere Backplane-Module 51 aneinander gesteckt werden, um auf diese Weise ein Backplane 50 aus mehreren Backplane-Modulen 51 zu bilden.
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Die 6 zeigt ein in dieser Weise gebildetes Backplane 50, das aus drei Backplane-Modulen 51 zusammengesteckt ist. Erkennbar ist zudem, dass jedes Backplane-Modul 51 eine größte Erstreckung in einer Längserstreckungsrichtung L aufweist, d.h. die Erstreckung in Richtung L ist größer als in allen anderen Erstreckungsrichtungen eines Backplane-Moduls 51.
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Die 7 zeigt das Backplane 50 aus den drei Backplane-Modulen 51 gemäß 6, wobei an sämtliche Steckverbinder 53 der Backplane-Module 51 weitere elektrische Computerkomponenten angesteckt sind, z.B. mit ARM-Prozessoren 75 bestückte Basisboards 70, COM-Express-Boards 71, Festplattenmodule 72 sowie PCI-Express Cards 73. Es handelt sich hierbei um eine beispielhafte Bestückung mit unterschiedlichen Modulen. Wie eingangs erläutert, können unterschiedliche elektrische Computerkomponenten angesteckt werden, so dass unterschiedliche Zusammenstellungen des Computersystems möglich sind.
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Die Kühlluftführung über das Computersystem gemäß 7, das in Form eines Einschubmoduls 1 ausgebildet sein kann, kann z.B. wie in 3 dargestellt erfolgen, was in Bezug auf 7 bedeutet, dass die Kühlluft z.B. in einer Richtung von oben nach unten über die dargestellte Anordnung geführt wird.
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Erkennbar ist in der 7 zudem, dass links ein Frontpanel 3 angordnet ist, das wie beschrieben ausgebildet sein kann. Das Frontpanel 3 kann zusätzlich einen Mastercontroller zur Steuerung des Computersystems, wie in 7 zusammengestellt, aufweisen. Auf der gegenüberliegenden Seite sind an einer Rückwand 28 weitere Steckverbinder 74 des Computersystems angeordnet.
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Auf einem Basisboard 70 können z.B. vier Mikroprozessoren 75 angeordnet sein, z.B. in Form von steckbaren Mikroprozessorplatinen. Die Mikroprozessor bzw. Mikroprozessorplatinen können z.B. als ARM-Boards ausgebildet sein.
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Die 8 zeigt ein Basisboard 70 in einer seitlichen Ansicht, die 9 zeigt eine Basisplatine 80 des Basisboards 70 in einer Ansicht von unten und die 10 zeigt das Basisboard 70 gemäß den 8 und 9 in einer isometrischen Ansicht.
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In der 8 ist erkennbar, dass das Basisboard 70 eine Basisplatine 80 aufweist. Auf der Basisplatine 80 ist als Trägerbauteil ein Trägerrahmen 81 angeordnet. Der Trägerrahmen 81 kann z.B. aus Metallteilen hergestellt sein, z.B. mit abgewinkelten Blechprofilen. Bestimmte Bereiche 82 der Basisplatine 80 sind gegenüber den überwiegenden Flächenbereichen der Basisplatine 80 abgewinkelt, z.B. gebogen oder geknickt. In den jeweiligen Endbereichen der abgewinkelten Bereiche 82 befindet sich ein auf diese abgewinkelten Bereiche 82 aufgelöteter Steckverbinder 83. Der Steckverbinder 83 ist als Gegenstück zu einem Steckverbinder 85 einer Mikroprozessorplatine 84 ausgebildet. Die Mikroprozessorplatine 84 kann somit über den Steckverbinder 85 an den Steckverbinder 83 gesteckt werden und ist dann in der in 8 dargestellten schrägen Anordnung bezüglich der Lage der Basisplatine 80 mit dieser verbunden. Wie erkennbar ist, kann die genannte Anordnung mit den abgewinkelten Bereichen 82 und den schräg aufgesteckten Mikroprozessorplatinen 84 mehrfach an einer Basisplatine 80 realisiert werden, z.B. vierfach. Es ergibt sich damit die Möglichkeit, eine hohe Rechenleistung durch Anstecken mehrerer Mikroprozessorplatinen zu erreichen, ohne dass bestimmte Maße wie z.B. eine Höheneinheit eines Einschubschranks überschritten werden. Die Mikroprozessorplatinen 84 werden an ihren von den Steckverbindern 85 abgewandten Endbereichen in dem Trägerrahmen 81 gehalten, und zwar an Fixierungspositionen 86. Hierdurch ergibt sich eine robuste mechanische Anordnung.
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Die 9 zeigt die Basisplatine 80 von der Unterseite, d.h. von derjenigen Seite, die von den Mikroprozessorplatinen 84 abgewandt ist. Erkennbar ist, dass die Basisplatine 9 in einem Bereich 87, der den jeweiligen abgewinkelten Bereich 82 an drei Seiten umgibt, eine Ausfräsung aufweist. In einem Übergangsbereich 88 ist der abgewinkelte Bereich 82 gegenüber der Basisplatine 80 umgebogen oder umgeknickt.
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Die in 10 dargestellte isometrische Sicht zeigt noch einmal die fächerartige Anordnung der vier Mikroprozessorplatinen 84 auf der Basisplatine 80 sowie deren mechanische Fixierung am Trägerrahmen 81. Dargestellt ist zudem ein Steckverbinder der Basisplatine 80, z.B. in Form eines Platinensteckverbinders, der zum Einstecken in eine Steckverbindung 53 eines Backplane-Moduls 51 ausgebildet ist.
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Die 11 zeigt ein Netzteil 90, das ebenfalls als Einschubmodul, wie die zuvor beschriebenen Einschubmodule 1, für einen Einschubschrank 40 ausgebildet sein kann. Hierfür weist das Netzteil 90 eine eigene Frontplatte 91 und an der der Frontplatte 91 gegenüberliegenden Seite diverse elektrische Steckanschlüsse 93, 94 auf. Das Netzteil 90 weist eine Hauptplatine 92 auf, auf der mehrere Subnetzteile 96 angeordnet sind, im dargestellten Beispiel zehn Subnetzteile. Die Subnetzteile 96 sind in zwei Reihen randseitig auf der Hauptplatine 92 angeordnet. Zwischen den zwei Reihen der Subnetzteile 96 sind eine übergeordnete Steuereinrichtung 95, z.B. in Form eines Mikroprozessors, und Stromschienen 97 angeordnet. Die Stromschienen 97 dienen zum Transport des von den Subnetzteilen 96 abgegebenen Stroms hin zu Einzel-Steckkontakten 93, über die die elektrische Energie an Verbraucher abgegeben werden kann, z.B. an Verbraucher des Serversystems. Der Anschluss 94 dient zur Zuführung der eingangsseitigen elektrischen Energie, zum Beispiel 230 Volt Wechselstrom oder 380 Volt Drehstrom.
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Die übergeordnete Steuereinrichtung 95 steuert das Ein- und Ausschalten der Subnetzteile 96 entsprechend dem Leistungsbedarf der Verbraucher, gegebenenfalls entsprechend Leistungsbedarfs-Anforderungen, die die übergeordnete Steuereinrichtung 95 von Verbrauchern empfängt. Die Steuerung durch die übergeordnete Steuereinrichtung 95 erfolgt außerdem gemäß einer Überwachungsfunktion zur Überwachung der Subnetzteile 96. Bei Ausfall oder Fehlfunktion eines Subnetzteils 96 wird dieses abgeschaltet und stattdessen ein anderes, funktionsfähiges Subnetzteil 96 durch die übergeordnete Steuereinrichtung 95 eingeschaltet.
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Zusammengefasst kann gesagt werden, dass das neue Computersystem modular aufgebaut ist und exakt den Bedürfnissen des jeweiligen Kunden und Projektes angepasst werden kann. In einer Höheneinheit (HE) können bis zu 72 ARM-Microserver basierend auf dem neuen Apalis-Standard des Schweizer Embedded-Spezialisten Toradex eingesetzt werden. Diese Packungsdichte für 1 HE-Systeme ist weltweit einmalig. In einem einzigen 19“ Serverschrank wären bis zu 3.000 Microserver möglich. Die ersten verfügbaren ARM-Module werden eine Tegra 3 CPU (mit Nvidia-Grafik) haben. Für die nähere Zukunft ist es geplant, weitere ARM CPUs verfügbar zu machen. Erwartet wird ein Energiebedarf von ca. 2 bis 4 Watt pro ARM-Microserver. Auch Intel Centerton bzw. Avaton Atom-Module sind konzeptionell möglich. Die Basisboards enthalten integrierte 1 Gigabit-Switchs und ein integriertes KVM-System (KVM = Keyboard Video Mouse) mit dem sich jeder einzelne Microserver direkt ansprechen lässt.
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Auch stärkere Microserver sind für das Computersystem verfügbar: Basierend auf dem Standard COMexpress Typ 6 lassen sich sehr leistungsfähige Einsockel Server mit dem hoch effizienten Ivy Bridge Chipsatz von Intel integrieren. So lässt sich z.B. ein Windows Server 2012 mit 16 GB RAM und einer Quadcore CPU (mit Hyper-Threading) bei nur 12 Watt Leistungsaufnahme betreiben. Die Baseboards, auf welche die COMexpress CPU-Module gesteckt werden, verfügen über einen lokalen Speicher (mSATA-SSD), der z.B. auch die lokale Installation eines Host-Systems für Virtualisierung ermöglicht. Darüber hinaus ist es jetzt möglich, jedem CPU-Knoten auch eigene Festplatten zuzuordnen und diese direkt im RCU-Modul zu integrieren.
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Als dritte Möglichkeit des Computing lassen sich GPGPUs (Grafikkarten auf denen gerechnet wird) wie Nvidia Tesla integrieren. Auch die Verwendung der neuen x86 basierten Beschleunigerkarte Intel Xeon Phi ist mit dem flexiblen Baukasten möglich. Nicht zuletzt können auch Ingenieur-Grafikkarten eingesetzt werden um z.B. Remote-CAD-Lösungen mit Protokollen wie Citrix HDX 3D oder MS Remote FX zu realisieren.
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Die genannten Bestückungsoptionen lassen sich nahezu beliebig kombinieren und fast vollständig kabelfrei durch reines Stecken konfigurieren. Lediglich eine ebenfalls mögliche Festplatten-Erweiterung wird über ein kleines Kabel realisiert.
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Diese leicht zu handhabende steckbare Modularität wird auch für das Netzwerk realisiert. Neben einem Management-Port und einem 1 Gbit/s Ethernet Netzwerk bietet das Baukastenprinzip auch die Ergänzung mit einem weiteren Netzwerk: 1 Gbit/s Ethernet als zusätzliches Modul ist schon verfügbar, 10 Gbit/s Ethenet wird kurzfristig realisiert. Möglich sind weitere Netzwerktechniken z.B. auch Infiniband.
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Neben der guten Anpassbarkeit an Kundenanforderungen ermöglicht das gesamte Systemdesign auch eine längere Nutzung von Komponenten. Soll nur ein neue Chipsatz- und CPU-Generation eingesetzt werden, müssen auch nur Chipsatz und CPU getauscht werden (also das Apalis- oder COMexpress-Modul). Das restliche System kann unverändert weiterverwendet werden, was z.B. auch jedwede Neuverkabelung erspart. Das neue Leitthema heißt „Disaggregation“ und ermöglicht wesentlich längere Nutzungszyklen von bestimmten Komponenten wie z.B. Gehäuse, Netzwerkbackplane usw. Das schont nicht nur das Budget sondern ermöglicht einen weiteren Schritt in Richtung des Ziels der Ressourceneffizienz.
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Die Stromversorgung des Computersystems folgt demselben Ansatz der Disaggregation, so ist das Netzteil nicht im selben Gehäuse untergebracht, sondern eine eigenständige 19“ Einheit, die sehr effizient mehrere Computersysteme mit 12 Volt Gleichstrom versorgen kann. Dies hat gleich mehrere Vorteile. Das Netzteil kann durch seine Leistungsreserven bis zu neun Computersysteme versorgen (je nach Bestückung). Das Netzteil besteht dabei selbst aus zehn Einzelnetzteilen mit integrierter Ausfallsicherheit, welche sich individuell zu- und wegschalten lassen. Dies ermöglicht in Verbindung mit dem systemeigenen Managementsystem, dass je nach aktueller Lastanforderung immer nur die benötigte Anzahl an Netzteilen angeschaltet werden muss. Hierdurch kann jedes einzelne Netzteil immer in seinem Lastoptimum arbeitet, was die Effizienz gegenüber Standardlösungen deutlich verbessert.
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Es ist ein mehrstufiges System von Management und Controlling integriert, das permanent Parameter wie den Energiebedarf und die Temperatur überwacht. In einem eigenen Netzwerk innerhalb des Systems bildet ein Verbund von feinmaschig verteilten kleinen Microcontrollern als Slaves und leistungsfähigeren Systemen auf Basis von ARM als Master die Basis des integrierten Managementsystemes.
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Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Computersystems und dessen Komponenten erläutert, wobei wiederum auf die Figuren Bezug genommen wird.
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1. Modulares Microserver-System
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1.1 Modulare Backplane
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Siehe 5: Untere Ansicht eines Backplane-Moduls. Die kupfernen Fingerkontakte in der Mitte nehmen die Gleichspannung von den unter der Backplane verlaufenden Stromschienen auf, die sechs Stecker 53 an der Seite sind die Verbinder für die einzelnen steckbaren Module wie z.B. Basisboards, die zwei Stecker 56 links und rechts verbinden die Backplane zur vorderen/hinteren Backplane, die vier Stecker 54 verbinden die Netzwerk-Schnittstellen per Kabel zum Frontpanel.
- – 3-teilige Backplane (sicher auch andere Teilungen denkbar) als Basis des Systems
- – Mehrere Baugrößen möglich:
- – 1 Backplane-Modul: 6 Basisboards mit 6 bis 24 CPU-Knoten
- – 2 Backplane-Module: 12 Basisboards mit 12 bis 48 CPU-Knoten
- – 3 Backplane-Module: 18 Basisboards mit 18 bis 72 CPU-Knoten
- – Einzelne Backplane-Elemente werden mit Frontpanel per Kabel verbunden
- – Backplane enthält austauschbare Netzwerkmodule (sog. Netboards)
- – Unterschiedliche Netzwerktechniken können integriert werden:
- – Ethernet (1 GBe – 1000BASE-T)
- – Ethernet (10 GBe – 10GBASE-T oder 10 GBe – 10GBASE-CX4)
- – Infiniband 4X (SDR, DDR, QDR, FDR)
- – Verteiltes Monitoring und Controlling durch eingebaute Sensoren und Mikroprozessoren
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1.2 Modulares Frontpanel-System
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- – Frontpanel austauschbar
- – Unterstützung verschiedener Netzwerkschnittstellen (auch unterschiedlicher Steckverbinder) für Ethernet, Infiniband u.a.
- – Display mit detaillierten Statusinformationen
- – Steuerung per Bedieneinheit für alle installierten CPU-Knoten
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1.3 Unterstützung sehr hoher Packungsdichten in 1 HE (eine Rack-Höheneinheit, ca. 42 mm)
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- – Bis zu 72 CPU-Module
- – Bis zu 9 Grafikkarten (GPU)
- – Bis zu 6 Beschleunigerkarten (GPGPU, Prozessorkarten wie Intel Xeon-Phi)
- – Bis zu 9 Hochleistungs-SSD-Speicherkarten (z.B. Fusion IO)
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1.4 Hohe Flexibilität in der Bestückung
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- – CPU-Module unterschiedlicher Architekturen können in einer gemeinsamer Basisstruktur betrieben werden
- – Bisher verfügbar: x86/x64 Architektur (Intel, AMD), RISC-basierte Systeme (bisher verfügbar: ARM), möglich und geplant: FPGA
- – Vielfältige Kombinationsmöglichkeiten mit PCIe-Erweiterungskarten,
z.B. CPU + Grafikkarte
z.B. CPU + FPGA-Karte
usw.
- – Erweiterung auch durch Festplatten möglich
- – Das System kann auch (in einer späteren Version) zur Laufzeit rekonfigurierbar gemacht werden, d.h. man kann Ressourcen per Softwaresteuerung miteinander kombinieren.
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1.5 Integrierte Steuerung erlaubt „atmendes System“
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- – Je nach Lastanforderung können Ressourcen automatisch zu- und weggeschaltet werden, z.B. volle Last = 18 CPU-Knoten laufen, halbe Last = 9 CPU-Knoten laufen
- – Die Leistung einzelner Systeme kann ebenfalls gesteuert werden, z.B. volle Taktfrequenz, halbe Taktfrequenz
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1.6 Integriertes digitales KVM-System (KVM = Keyboard Video Mouse)
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- – Alle CPU-Module sind über ein zentrales integriertes KVM direkt ansprechbar
- – Monitor, Maus und Tastatur werden an der Frontseite angeschlossen
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1.7 Abgestufte, hierarchische Kommunikationsinfrastruktur
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Das System stellt eine abgestufte, hierarchische Kommunikationsinfrastruktur zur Verfügung, die voll in System integriert ist. Das erlaubt die Trennung der unterschiedlichen Datenströme.
- – Compute-Netzwerk: Leistungsfähigstes Netzwerk im System, dient der Kommunikation zwischen den eigentlichen „Nutzanwendungen“ auf den Knoten. Dedizierte Verbindung aller Knoten zum Switch (Sterntopologie)
- – Management-Netzwerk: Netzwerk für Managament der Knoten, z.B. Zugriff auf Hypervisor, etc. Geswitchtes Netzwerk auf dem System selbst.
- – Monitoring-Netzwerk: OOB-Netzwerk für Controlling und Monitoring-Aufgaben im System.
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2. Multi-Unit-Basisboard für Microserver in 1 HE (siehe Fig. 8 bis Fig. 10)
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Das System unterstützt unterschiedliche Arten von Basisboards. Aktuell werden Basisboards für x86-basierte Systeme sowie ARM-basierte Systeme unterstützt.
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2.1 Basisboard für vier CPU-Module mit platzsparender Fächeranordnung
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- – Durch Nutzung der Semiflex-Technologie wird eine Integration von vier CPU-Modulen in ein 1 HE ermöglicht. Im Gegensatz zur etablierten Starr-Flex-Technologie ermöglicht Semiflex, auch bekannt als Flex-to-Install eine kostengünstige, aber dennoch impedanzkontrollierte Realisierung.
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2.2 Basisboard mit Steckverbinder zur Backplane
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- – modulares, leicht austauschbares System
- – Basisboard kann auch im laufenden Betrieb des Gesamtsystems getauscht werden (Hot-Plug Fähigkeit)
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2.3 Merkmale COM-Express Basisboard
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- • Kontinuierliche Messung, Steuerung, Überwachung und Logging der Betriebsparameter, wie beispielsweise (Temperatur, Lüftersteuerung, Spannung/Leistung, u.a.)
- • SSD-Integration
- • PEG-Connector (PCIe 16x)
- • PCIe 4x für Compute-Netzwerk
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2.3 Merkmale ARM Basisboard
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- • Integriertes Switching für Compute- und Managementnetzwerk
- • Kontinuierliche Messung, Steuerung, Überwachung und Logging der Betriebsparameter, wie beispielsweise (Temperatur, Lüftersteuerung, Spannung/Leistung, u.a.)
- • Integriertes KVM-Switching
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3. Netzwerkmodul für mehrere Basisboards (Netboard)
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Ein Steckmodul kann zwei Funktionen haben und wird je nach Anforderung von den CPU-Modulen eingesetzt:
- – Es verbindet die bestehenden Netzwerk-Schnittstellen mehrere Basisboards (zur Zeit zwei) mit der Backplane
- – Es arbeitet als eine Art doppelte „Netzwerkkarte“ und wandelt die PCI-Express-Signale von mehreren Basisboards in Netzwerk-Signale unterschiedlichen Typs um.
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Es kann unterschiedliche Steckmodule geben, welche jeweils spezifizierte Anschlüsse haben und dieselben elektrischen Leitungen zum Frontpanel nutzen. Vorgesehen werden z.B. 1/10 Gigabit Ethernet und 8/16/32/40/56 Gigabit Infiniband, also sehr schnelle Datenverbindungen.
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Unterschiedliche Netzwerktechniken können integriert werden:
- – Ethernet (1 GBe – 1000BASE-T)
- – Ethernet (10 GBe – 10GBASE-T oder 10 GBe – 10GBASE-CX4)
- – Infiniband 4X (SDR, DDR, QDR, FDR)
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Netzwerkmodul ist voll in die System-Management Infrastruktur integriert.
- – Monitoring von Spannung, Strom, Temperatur. etc.
- – Partieller Powerdown von Teilen des Netboards
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4. Modulares hocheffizientes „atmendes“ Netzteil (siehe Fig. 11)
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- 10 (oder eine andere Zahl) Subnetzteile in einem gemeinsamen Gehäuse
- – Derzeit im 19“ Serverschrank-Format
- – 1 Höheneinheit
- – Gemeinsamer Stromeingang (derzeit 230 Volt Wechselspannung, bei stärkeren Netzteilen ist auch 400 Volt Dreiphasenwechselstrom denkbar)
- – Netzteile werden baulich vollkommen von dem Verbraucher getrennt, das bringt eine höhere Modularität, Wiederverwendbarkeit und durch gemeinsame Nutzung auch höhere Material- und Energieffizienz
- Gemeinsamer, aufsummierter Gleichstrom-Ausgang (z.B: 12 Volt)
- • Aufteilung des Gleichstrom-Ausgangs in viele Einzel-Stecker. Hierdurch wird eine modulare Verwendbarkeit geschaffen, das Netzteil kann gleichzeitig z.B. 2 Computer mit sehr hoher Stromlast versorgen, oder aber 9 Computer mit jeweils einer niedrigen Stromlast.
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Netzteile werden im idealen Effizienzbereich gehalten durch Zu- und Wegschalten, abhängig von der tatsächlich anliegenden bzw. erwarteten maximalen Last.
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Höhere Material- und Energieeffizienz durch 1 großes Netzteil mit 9 + 1 Redundanz, also 10% Overhead (im Vergleich zu sonst üblichen Lösungen mit 1 + 1 Redundanz, also 50% Overhead).
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Übergeordnetes Management, welches dem Netzteil das maximal erwartete Strom-Budget angibt (durch Überwachung der an das Netzteil angeschlossenen Computer), sodass das Netzteil die hierfür benötigte Anzahl an Einzel-Netzteilen an-/abschalten kann.
