CN102932156B - 一种微服务器及微服务器集群系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于服务器低功耗设计领域，提供了一种微服务器及微服务器集群系统。该微服务器包括：至少一个处理器电路板，用于与数据交换机和通讯交换机进行数据交互，实现对数据的处理或计算；双回路供电电路，用于将直流电源输出的直流电处理后输出给处理器电路板，并在直流电源故障时切换到备用电源。本发明中，微服务器是采用双回路供电方式，具体是采用直流电作为供电电源而将交流电作为备用电源，相对于现有服务器结构，从而减少了供电过程中的电源转换过程，降低了服务器功耗，使得数据中心的耗电量、投资和运维成本也得以降低，达到节能减排的效果，并提高了服务器的云数据处理能力。

Description

一种微服务器及微服务器集群系统

技术领域

本发明属于服务器低功耗设计领域，尤其涉及一种数据应用优先且具有超低功耗的微服务器及微服务器集群系统。

背景技术

服务器是一种高性能计算机，其作为网络节点，用以存储、处理网络上80％的数据信息，因此也被称为网络的灵魂。服务器一般是针对具体的网络应用而特别制定的，其构成与个人计算机基本相似，由处理器、硬盘、内存、系统总线等构成。公知地，根据结构不同，服务器可分为塔式服务器、机架式服务器和刀片式服务器。

塔式服务器的外形及结构与立式的个人计算机相似，由于服务器的主板扩展性较强、插槽较多，因而服务器的主板体积较大，使得塔式服务器的主机机箱比标准的ATX机箱大，占用较大空间，不利于密集型部署。

相对于塔式服务器和机架式服务器，刀片式服务器具有更紧凑的服务器结构，其专为特殊行业和高密度计算环境所设计，可使服务器密度更加集中，节省了空间，便于集中管理，但由于标准不统一，制约了用户的选择空间。

现有技术提供的上述结构的服务器均以三相四线的380V交流电为标准供电电源，在电路设计上，需要将交流电转换成直流电，再将直流电转换成服务器的处理器工作所需直流电，同时，还需将交流-直流转换后的直流电进行逆变，以得到服务器所在的数据中心工作所需的交流电。由于在整个供电过程中，存在交流-直流转换、直流-直流转换、直流-交流转换，因此存在功耗大、散热难处理的问题。而随着云计算的发展，服务器做为云计算中心的主要设备，对服务器的计算及处理能力提出了更高的要求，但较大的功耗限制了服务器的计算能力，阻碍了云计算的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微服务器，旨在解决现有的服务器结构由于是以三相四线的380V交流电为标准供电电源，功耗较大，限制了服务器的计算能力，阻碍云计算发展的问题。的问题。

本发明是这样实现的，一种微服务器，所述微服务器包括：

至少一个处理器电路板，用于与数据交换机和通讯交换机进行数据交互，实现对数据的处理或计算；

双回路供电电路，用于将直流电源输出的直流电处理后输出给所述处理器电路板，并在所述直流电源故障时切换到备用电源。

本发明的另一目的在于提供一种微服务器集群系统，包括至少一个微服务器，所述微服务器作为所述系统的集群节点，所述微服务器是如上所述的微服务器。

本发明中，微服务器是采用双回路供电方式，具体是采用直流电作为供电电源而将交流电作为备用电源，从而减少了供电过程中的电源转换过程，降低了服务器功耗，使得数据中心的耗电量、投资和运维成本也得以降低，达到节能减排的效果，并提高了服务器的云数据处理能力。

附图说明

图1是本发明提供的微服务器的结构图；

图2是图1中双回路供电电路的电路结构图；

图3是图1中处理器电路板的电路结构图；

图4是本发明中，处理器电路板的一种板面布置图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供的微服务器是采用双回路供电方式，具体是采用直流电作为供电电源而将交流电作为备用电源，从而减少了供电过程中的电源转换过程。

图1示出了本发明提供的微服务器的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

详细而言，本发明提供的微服务器包括：至少一个处理器电路板11，用于与数据交换机和通讯交换机进行数据交互，实现对数据的处理或计算；双回路供电电路12，用于将直流电源输出的直流电处理后输出给处理器电路板11，并在直流电源故障时切换到备用电源，该备用电源包括不间断电源（UninterruptiblePowerSystem，UPS）和交流电源，从而减少了供电过程中的电源转换过程，降低了服务器功耗，使得数据中心的耗电量、投资和运维成本也得以降低，达到节能减排的效果，并提高了服务器的云数据处理能力。

本发明中，处理器电路板11连接数据交换机和通讯交换机，双回路供电电路12连接直流电源和处理器电路板11，当备用电源包括交流电源时，双回路供电电路12还连接交流电源。

图2示出了当备用电源包括交流电源和UPS时，图1中双回路供电电路12的电路结构。

此时，双回路供电电路12包括：开关S，其第一端连接交流电源；作为UPS的蓄电池组BT，其正极连接处理器电路板11的电源端子，其负极接地；直流-直流变换电路121，其输入端连接直流电源，其输出端连接处理器电路板，用于将经输入端输入的直流电转换成处理器电路板11工作所需直流电；整流桥电路122，其输入端连接开关S的第二端，其输出端连接直流-直流变换电路121的输入端，用于将交流电源输出的交流电整流成直流电；执行电路124，其输出端连接开关S，用于控制开关S的断开和闭合；控制器123，其采样端连接蓄电池组BT的正极，其输出端连接执行电路124的输入端，用于根据采样端的采样信号，若蓄电池组BT未向处理器电路板11供电，则通过控制执行电路124而控制开关S断开，若蓄电池组BT向处理器电路板11供电，则通过控制执行电路124而控制开关S闭合。

本发明中，交流电源输出220V交流电；直流电源输出240V直流电，以保证与交流电源的元器件耐压指标一致。

上述的双回路供电电路12在工作时，若直流电源有直流电输出，则由直流电源向处理器电路板11供电，直流-直流变换电路121将直流电源输出的高压直流电转换成12V/10A的低压直流电，该低压直流电对蓄电池组BT浮充，同时，控制器123根据采样端的采样信号，通过控制执行电路124而控制开关S断开。此时，微服务器的整个供电过程均为直流电，仅存在一次直流-直流变换过程，功率损耗在10%以下，相对于现有交流电源供电下高达24%的功率损耗，可极大降低服务器的功耗，从而提高服务器计算能力。

若直流电源出现故障，则蓄电池组BT开始对处理器电路板11供电，控制器123根据采样端的采样信号，通过控制执行电路124而控制开关S闭合，从而切换到交流电源对处理器电路板11供电。可以看出，蓄电池组BT即可实现直流电源与交流电源的零秒切换，同时，作为微服务器内置的UPS，可使得数据中心集中配置的UPS模组采用数量较少的蓄电池组，减少数据中心的一次性投资，即降低机房的建设成本。当然，若交流电源也出现故障，则由蓄电池组BT完成对处理器电路板11的供电，保证了处理器电路板11工作的可靠性。

本发明中，为了及时提示现场人员直流电源或备用电源的当前状况，双回路供电电路12还可以包括：连接控制器123的提示单元（图中未示出）；则控制器123此时可根据采样端的采样信号，控制提示单元发出相应提示信息。该提示单元具体可以是声光提示电路或显示电路。

图3示出了图1中处理器电路板11的电路结构。

具体地，处理器电路板11包括：连接双回路供电电路12的电源接口111；至少一个连接电源接口111的处理器电路112；连接处理器电路112和数据交换机的数据网口113；连接处理器电路112和通讯交换机的通讯网口114。

服务器在应用方面可分为数据应用优先和计算应用优先：数据应用优先服务器是指以主要以数据传输、数据共享、数据存储等数据应用为主，仅涉及简单计算应用的服务器；反之，计算应用优先是指主要以计算应用为主，仅涉及简单数据应用的服务器。本发明中，处理器电路112采用云计算节点专用处理器芯片，该云计算节点专用处理器芯片针对数据应用优先而设计，具有如下特征：一、云计算节点专用处理器芯片的主频在1GHZ以下，这是由于在目前芯片制作技术条件下，1GHZ以上主频的处理器芯片在工艺、能耗和成本会出现阶跃，工艺以90纳米为界；二、云计算节点专用处理器芯片的总线采用32位，以满足大部分数据优先的应用；三、云计算节点专用处理器芯片的芯片片上系统级（SystemOnChip，SOC）化，减少对外设接口的支持，减少直至取消外围配套芯片，增强对网络通讯的支持；四、云计算节点专用处理器芯片采用多核、多线程计算，适当控制流水线级数；五、云计算节点专用处理器芯片对于数据优先应用，或一些专门的算法应用，不涉及浮点计算的应用环境，取消浮点部件。

更具体而言，处理器电路112采用CS32系列中、型号为CS32X186的片上系统芯片。除启动FLASH芯片、内存芯片外，该芯片在搭建处理器电路112时，几乎没有任何多余的外围芯片和电路模块，功耗控制在最低水平，体积也很小，从而使得每一处理器电路112的功耗仅为2瓦，真正实现超低功耗。

另外，本发明中，处理器电路板11还可以包括：连接处理器电路112的串口接口（图中未示出），用户可通过该串口接口实现对处理器电路112的调试功能。

在本发明的一优选实施方式中，每一处理器电路板11包括两个处理器电路112，其板面布置如图4所示，其包括了串口接口115。此时，微服务器具体包括六个如图4所示的处理器电路板11，六个处理器电路板11分两层布置在微服务器的封装壳体内，每一层包括三个处理器电路板11，且数据网口113和通讯接口114从封装壳体表面引出。

本发明还提供了一种微服务器集群系统，包括多个如上所述的微服务器，每一微服务器作为该微服务器集群系统的集群节点，其组成部分及各部分功能如上所述，在此不赘述。

本发明中，微服务器是采用双回路供电方式，具体是采用直流电作为供电电源而将交流电作为备用电源，从而减少了供电过程中的电源转换过程，降低了服务器功耗，使得数据中心的耗电量、投资和运维成本也得以降低，达到节能减排的效果，并提高了服务器的云数据处理能力；在微处理器的处理器电路选择上，选取云计算节点专用处理器芯片，具体可选取CS32系列中、型号为CS32X186的片上系统芯片，以实现超低功耗微服务器设计；同时，在双回路供电电路中，还内嵌有UPS，以保证微服务器运行的可靠性。若微服务器采用六个处理器电路板，每一处理器电路板包括两个处理器电路，每一处理器电路的功耗仅为2W，整机功耗在30W以内，在数据中心中，采用如此结构的微服务器构成的微服务器集群系统，则可减少散热，大大降低微服务器集群系统的用电量绝对值，相对于现有数据中心必须采用24小时机房空调强制降温，本发明仅采用普通办公环境的空调降温即可，可使数据中心的用电量可减少到现有的25%；同时，由于采用本发明结构的微服务器作为数据中心的服务器设备，功耗得到了大幅度的降低，使得太阳能作为数据中心的主供电源成为了可能，而且不需要占用太大的发电场地，可充分利用机房楼顶、邻近空地等，取得经济和工程上的可行性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微服务器，其特征在于，所述微服务器包括：

至少一个处理器电路板，用于与数据交换机和通讯交换机进行数据交互，实现对数据的处理或计算；

双回路供电电路，用于将直流电源输出的直流电处理后输出给所述处理器电路板，并在所述直流电源故障时切换到备用电源；

所述双回路供电电路包括：

开关，所述开关的第一端连接一交流电源；

蓄电池组，所述蓄电池组的正极连接所述处理器电路板的电源端子，所述蓄电池组的负极接地；

直流-直流变换电路，所述直流-直流变换电路的输入端连接直流电源，所述直流-直流变换电路的输出端连接所述处理器电路板，用于将经所述直流-直流变换电路的输入端输入的直流电转换成所述处理器电路板工作所需直流电；

整流桥电路，所述整流桥电路的输入端连接所述开关的第二端，所述整流桥电路的输出端连接所述直流-直流变换电路的输入端，用于将所述交流电源输出的交流电整流成直流电；

执行电路，所述执行电路的输出端连接所述开关，用于控制所述开关的断开和闭合；

控制器，所述控制器的采样端连接所述蓄电池组的正极，所述控制器的输出端连接所述执行电路的输入端，用于根据所述采样端的采样信号，若所述蓄电池组未向所述处理器电路板供电，则通过控制所述执行电路而控制所述开关断开，若所述蓄电池组向所述处理器电路板供电，则通过控制所述执行电路而控制所述开关闭合。

2.如权利要求1所述的微服务器，其特征在于，所述交流电源输出220V交流电，所述直流电源输出240V直流电。

3.如权利要求1所述的微服务器，其特征在于，所述双回路供电电路还包括：

提示电路，用于在所述控制器的控制下，根据所述采样端的采样信号发出相应提示信息。

4.如权利要求1所述的微服务器，其特征在于，所述处理器电路板包括：

连接所述双回路供电电路的电源接口；

至少一个连接所述电源接口的处理器电路；

连接所述处理器电路和所述数据交换机的数据网口；

连接所述处理器电路和所述通讯交换机的通讯网口。

5.如权利要求4所述的微服务器，其特征在于，所述处理器电路采用CS32系列中、型号为CS32X186的片上系统芯片。

6.如权利要求4所述的微服务器，其特征在于，所述处理器电路板还包括：

连接所述处理器电路的串口接口。

7.如权利要求4所述的微服务器，其特征在于，所述处理器电路板包括两个处理器电路，所述微服务器包括六个所述处理器电路板。

8.一种微服务器集群系统，包括至少一个微服务器，所述微服务器作为所述系统的集群节点，其特征在于，所述微服务器是如权利要求1至7任一项所述的微服务器。