CN103106637A

CN103106637A - 标准gpu模块、包含模块的系统和用于驱动系统的方法

Info

Publication number: CN103106637A
Application number: CN2011103560196A
Authority: CN
Inventors: 蔡晓茁; 严双虎; 周杰
Original assignee: Nvidia Corp
Current assignee: Nvidia Corp
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-15
Also published as: US20130120408A1

Abstract

本发明公开了一种标准GPU模块、包含该模块的系统以及驱动该系统的方法。该标准GPU模块包括GPU、数据传输I/O端口和供电I/O端口、控制/同步模块以及供电模块。当检测到有新的标准GPU模块接入系统的传输连接总线时，将图形处理任务分配给全部已接入的标准GPU模块。通过本发明，能够降低GPU的设计成本和使用成本。

Description

标准GPU模块、包含模块的系统和用于驱动系统的方法

技术领域

本发明涉及图形处理技术领域，尤其涉及标准GPU（Graphics Processing Unit，图形处理单元）模块，包含该标准GPU模块的系统以及用于驱动该系统的方法。

背景技术

目前，对于诸如桌面电脑/笔记本/工作站/基于Tegra的MID（移动互联设备）等电子设备来说，在其图形处理性能方面的要求越来越高。

现有技术往往通过设备升级来满足上述要求，比如设计更为强大的GPU进行图形处理，但这至少存在以下几方面的问题：

设计成本高：研发人员需要不断设计具有更为强大处理能力的GPU来满足新的图形处理要求；

使用成本高：当一块GPU无法满足图形处理要求时，用户不得不重新购买新的、具有更强大处理能力的GPU对其加以替换。

因此，需要提供一种新的GPU设计方案以解决上述问题。

发明内容

本发明涉及一种标准GPU模块以及相关的技术方案，通过标准化设计来实现成本的降低。

该标准GPU模块包括：GPU；数据传输I/O端口和供电I/O端口；控制/同步模块，连接于所述GPU和所述数据传输I/O端口之间，用于驱动所述GPU通过所述数据传输I/O端口与外部设备进行数据交互；以及供电模块，用于通过所述供电I/O端口接收外部供电，并为所述GPU和所述控制/同步模块供电。

优选的，所述数据传输I/O端口与所述供电I/O端口一体设计或者彼此独立。

优选的，所述GPU的功耗小于25W。

优选的，所述控制/同步模块中存储有所述标准GPU模块的设备ID。

本发明还提供了一种包含一个或多个该标准GPU模块的系统，该系统包括：电源；传输连接总线，所述传输连接总线提供有多个与所述标准GPU模块的数据传输I/O端口相匹配的接口以供所述标准GPU模块接入；与所述电源连接的供电装置，所述供电装置通过所述标准GPU模块的供电I/O端口为接入到所述传输连接总线上的标准GPU模块供电；与所述传输连接总线连接的控制芯片，用于识别接入所述传输连接总线的所述标准GPU模块，并将图形处理任务分配给全部已接入的标准GPU模块。

优选的，所述传输连接总线与中央控制单元连接。

优选的，所述传输连接总线还提供有供其他设备接入的I/O接口。

优选的，所述传输连接总线为USB 3.0总线或PCIE总线。

本发明还提供了一种驱动上述包含一个或多个标准GPU模块的系统的方法，所述方法包括监控所述传输连接总线，当检测到有新的标准GPU模块接入所述传输连接总线时，执行以下步骤：识别所述新的标准GPU模块；启动所述新的标准GPU模块；将图形处理任务分配给全部已接入的标准GPU模块。

优选的，所述识别新的标准GPU模块的步骤包括：识别所述新的标准GPU模块的设备ID。

优选的，所述启动新的标准GPU模块的步骤包括：为所述新的标准GPU模块分配地址，并将所分配的地址刷新到所述新的标准GPU模块的控制/同步模块中。

优选的，还包括当新的标准GPU模块接入所述传输连接总线时随即为其供电的步骤。

通过本发明所提供的技术方案，当电子设备的图形处理能力不足以满足视频/游戏的需求时，可以通过另行插入另外一块或多块标准GPU模块实现图形处理能力的扩展。从而，无需不断设计具有更高图形处理能力的单个GPU，用户也无需不断进行设备升级，因此无论设计成本还是使用成本均得以降低。

此外，本发明所提供的系统和方法能够识别接入的标准GPU模块，因此实现了标准GPU模块在电子设备上的热插拔，使得标准GPU模块便于使用。

本发明的附加功能和优点将在如下的描述中阐明，还有部分通过描述是显而易见的，或由本发明的实践可以得知。通过在书面的描述、权利要求书和附图中特别指出的结构，将实现并获得本发明的优点。

可以理解的是，无论是上述的总体描述还是如下的详细描述都是示例性和解释性的，并且旨在提供对所述的本发明进一步的解释。

附图说明

附图提供对本发明进一步的理解，并且并入此说明书中并构成其中的一部分，这些附图示出了本发明的实施例并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1示出了根据本发明一个实施例，标准GPU模块的结构示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例，包含标准GPU模块的系统的结构示意图。

图3示出了根据本发明一个实施例，驱动本发明所提供系统的方法的流程示意图。

图4示出了根据本发明一个具体实施例，加入第（M+1）个标准GPU模块的处理流程图。

具体实施方式

本文在标准GPU模块、包含标准GPU模块的系统和驱动包含标准GPU模块的系统的方法的上下文环境中描述了示例性实施例。本领域的普通技术人员能认识到下列描述仅是说明例证性的而并非意图以任何方式限制。从本发明受益的技术人员将容易地想到其它的实施例。现在将对在附图中示出的示例性实施例的实施方式详细地做出说明。贯穿附图和下面的描述尽可能使用相同的附图标记指代相同或相似的项目。

现在，将根据本发明的优选实施例进行详细描述，其示例图示于附图中。

本发明公开了一种标准GPU模块，如图1所示，示出了一标准GPU模块100的结构，包括：

GPU 110。该GPU 110采用现有的体积小且无需支持强大图形处理能力的GPU模块即可，无需另外设计且其功耗低；例如，可以直接采用NVIDA公司的GeForce系列或者ATI公司的HD系列等。在一个具体实施例中，该GPU 110的功耗小于25W。

数据传输I/O端口120和供电I/O端口130；该数据传输I/O端口120和供电I/O端口130用于实现该标准GPU模块100到电子设备的接入；另一方面，该标准GPU模块100仅通过这两个端口与其所接入的电子设备进行交互。

作为一个具体实施例，该数据传输I/O端口120和供电I/O端口130可以设计为一个硬件端口，比如二者结合起来，符合SATA标准或者USB标准。

作为另一个具体实施例，该数据传输I/O端口120和供电I/O端口130可以分别设计，作为两个独立的I/O端口存在。

控制/同步模块140，连接于所述GPU 110和所述数据传输I/O端口120之间，用于驱动所述GPU 110通过所述数据传输I/O端口120与外部设备进行数据交互。在一个具体实施例中，所述控制/同步模块140中存储有所述标准GPU模块100的设备ID，则外部设备的控制芯片通过识别该设备ID识别该标准GPU模块100，从而实现该标准GPU模块100的热插拔。

供电模块150，用于通过所述供电I/O端口130接收外部供电，并为所述GPU 110和所述控制/同步模块140供电。

可以看出，上述标准GPU模块100可以设计为一种通用的GPU模块，其设计简单且功耗小。从而，当发现台式机/笔记本/工作站/基于Tegra的MID等电子设备无法有效处理视频/游戏（这意味着电子设备中的GPU不具有足够的图形处理能力）时，通过另行插入一块或多块标准GPU模块100即可实现设备图形处理能力的扩展。

图2示出了包含本发明所提供的标准GPU模块的系统200。该系统200包括：

传输连接总线210，所述传输连接总线210提供有多个与标准GPU模块的数据传输I/O端口相匹配的接口，以供标准GPU模块接入系统200；其中，该传输连接总线210能够传输GPU数据和控制信号，可以通过例如USB 3.0总线或PCIE总线来实现；

接入系统200的多个标准GPU模块220；其中，该标准GPU模块220采用图1所示的标准GPU模块，且该标准GPU 模块220的接入数目根据实际的图形处理需求确定，可以为一个或多个，但不超过传输连接总线210所提供的接口数；

电源250；

与所述电源250连接的供电装置240，所述供电装置240通过标准GPU模块的供电I/O端口为接入到所述传输连接总线210上的标准GPU模块220供电；作为一个具体实施例，一旦有标准GPU模块220接入所述传输连接总线210，该供电装置240随即开始对其供电；

与所述传输连接总线210连接的控制芯片230，用于识别接入所述传输连接总线210的所述标准GPU模块220，并将图形处理任务分配给全部已接入的标准GPU模块220；例如，当有M（M>=1）个标准GPU模块220接入传输连接总线210时，控制芯片230分配图形处理任务到M个标准GPU模块220；当我们添加一个新的标准GPU模块220时，该控制芯片230将识别新接入的标准GPU模块220并将重新分配这些任务给该（M+1）标准GPU模块220。

作为一个可选实施例，所述传输连接总线还提供有供其他设备接入的I/O接口260，例如USB接口。

作为一个可选实施例，该系统200能被用于电子设备中，例如应用于嵌入式平台或者X86架构中；当该系统200应用于电子设备中时，其传输连接总线210与电子设备的CPU（例如ARM内核或X86内核）连接。

由图2所示系统可以看出，传输连接总线210可以通过N个端口将N个标准GPU模块220接入系统200中，因此，通过在设计阶段增加传输连接总线的端口数量，就能够应对电子设备对于图形处理能力要求的提高，从而无需为特定的系统设计具有特定图形处理能力的GPU，且用户也无需不断进行设备升级来获得更强大的图形处理能力。

此外，只要设计之初确定传输连接总线与标准GPU模块之间的接口协议，控制芯片即可实现对与标准GPU模块的识别，因此支持标准GPU模块的热插拔，使其便于使用。

相应的，本发明还提供了驱动上述包含至少一个标准GPU模块的系统的方法，其一实施例如图3所示，包括以下步骤：

301：监控传输连接总线；

302：当有新的标准GPU模块接入该传输连接总线时对其供电，并转入步骤303，否则仍然执行步骤301保持监控；

303：识别该新的标准GPU模块；作为一个可选实施例，可以通过识别所述新的标准GPU模块的设备ID来实现对该新的标准GPU模块的识别；

304：启动该新的标准GPU模块；作为一个可选实施例，启动新的标准GPU模块的步骤可以包括：为所述新的标准GPU模块分配地址，并将所分配的地址刷新到所述新的标准GPU模块的控制/同步模块中；

305：将图形处理任务分配给全部已接入的标准GPU模块。

从上述步骤可以看出，当电子设备的图形处理能力不足时，通过另行接入一个或多个标准GPU模块，即可实现图形处理能力的扩展。同时，由于支持对标准GPU模块的接入识别，从而能够实现标准GPU模块的热插拔，便于使用。

作为一个具体实施例，如图4所示，传输连接总线原本接入M（M>=0）个标准GPU模块；当有第（M+1）个标准GPU模块接入该传输连接总线后，进行该标准GPU模块的设备ID检测；为检测到设备ID的该标准GPU模块分配地址，并将所分配的地址刷新到该标准GPU模块中；随后，如果该标准GPU模块启动成功，则由（M+1）个标准GPU模块共同处理图形处理任务，如果上述任一步骤未实现，则仍由原来的M个标准GPU模块共同处理图形处理任务；

当然，本发明所提供的技术方案同样支持标准GPU模块的减少。当检测到传输连接总线上原本接入的某个标准GPU模块从该传输连接总线的接口上拔出时，由仍然连接在传输连接总线上的其他标准GPU模块来共同处理图形处理任务，在此不再赘述。

通过以上各实施例可以看出，本发明具有以下优点：

1、标准化设计能够节约设计成本以及降低设计难度：仅需要设计标准GPU模块和设计具有传输连接总线及标准电源的系统架构；这样，当对图形处理能力的要求提高时，用户只需要插入另外的一个或多个标准GPU模块即可实现性能提升，无需设计各种各样具有更强大图形处理性能的单个GPU。

2、易于扩展，从而节约使用成本：当用户在使用中发现设备视频/游戏处理能力不足时，用户能够直接从市场购买标准GPU模块并将其插入用户的设备，随后该设备具有更强大的图形处理能力，而无需不断进行设备的硬件升级。

3、便于使用，支持热插拔。

4、功耗较低：用户能使用N个并行连接的标准GPU模块，所以不需要具有强大图形处理能力的单个GPU，避免了具有强大图形处理能力的单个GPU所导致的高功耗。

5、应用广泛：本发明所提供的技术方案可以应用到各类型的电子设备中。

本领域技术人员可以了解，本发明所涉及的电子设备中除了包括CPU以外，还可以包括系统存储器和将包括系统存储器在内的各种系统组件耦连到CPU的系统总线。

系统总线可以是包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线和局部总线在内的几类总线结构的任意一种。系统存储器包括只读存储器（ROM）和随机访问存储器（RAM）等。

当然，本发明所涉及的电子设备还可包括其他已知和未来可能出现的组件，在此不再赘述。

应当理解的是，可以在本发明的精神和范围内对其做出各种修改、适应及其替代实施例。本发明由随附的权利要求书进一步限定。

Claims

1.一种标准GPU模块，其特征在于，所述标准GPU模块包括：

GPU；

数据传输I/O端口和供电I/O端口；

控制/同步模块，连接于所述GPU 和所述数据传输I/O端口之间，用于驱动所述GPU 通过所述数据传输I/O端口与外部设备进行数据交互；以及

供电模块，用于通过所述供电I/O端口接收外部供电，并为所述GPU 和所述控制/同步模块供电。

2.如权利要求1所述的标准GPU模块，其特征在于，所述数据传输I/O端口与所述供电I/O端口为一体设计。

3.如权利要求1所述的标准GPU模块，其特征在于，所述数据传输I/O端口与所述供电I/O端口彼此独立。

4.如权利要求1所述的标准GPU模块，其特征在于，所述GPU 的功耗小于25W。

5.如权利要求1所述的标准GPU模块，其特征在于，所述控制/同步模块中存储有所述标准GPU模块的设备ID。

6.一种包含一个或多个标准GPU模块的系统，其特征在于，所述系统包括：

电源；

传输连接总线，所述传输连接总线提供有多个与所述标准GPU模块的数据传输I/O端口相匹配的接口以供所述标准GPU模块接入；

与所述电源连接的供电装置，所述供电装置通过所述标准GPU模块的供电I/O端口为接入到所述传输连接总线上的标准GPU模块供电；

与所述传输连接总线连接的控制芯片，用于识别接入所述传输连接总线的所述标准GPU模块，并将图形处理任务分配给全部已接入的标准GPU模块；

其中，所述标准GPU模块包括：GPU；数据传输I/O端口和供电I/O端口；控制/同步模块，连接于所述GPU 和所述数据传输I/O端口之间，用于驱动所述GPU 通过所述数据传输I/O端口与外部进行数据交互；以及供电模块，用于通过所述供电I/O端口接收外部供电，并为所述GPU 和所述控制/同步模块供电。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述传输连接总线与中央控制单元连接。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述传输连接总线还提供有供其他设备接入的I/O接口。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述传输连接总线为USB 3.0总线或PCIE总线。

10.如权利要求6-9任一所述的系统，其特征在于，所述标准GPU模块的所述数据传输I/O端口与所述供电I/O端口为一体设计。

11.如权利要求6-9任一所述的系统，其特征在于，所述标准GPU模块的所述数据传输I/O端口与所述供电I/O端口彼此独立。

12.如权利要求6-9任一所述的系统，其特征在于，所述标准GPU模块中的GPU 的功耗小于25W。

13.如权利要求6-9任一所述的系统，其特征在于，所述标准GPU模块中的控制/同步模块中存储有所述标准GPU模块的设备ID。

14.一种用于驱动包含一个或多个标准GPU模块的系统的方法，其特征在于，所述方法包括监控传输连接总线，当检测到有新的标准GPU模块接入所述传输连接总线时，执行以下步骤：

识别所述新的标准GPU模块；

启动所述新的标准GPU模块；

将图形处理任务分配给全部已接入的标准GPU模块。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述识别新的标准GPU模块的步骤包括：识别所述新的标准GPU模块的设备ID。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述启动新的标准GPU模块的步骤包括：为所述新的标准GPU模块分配地址，并将所分配的地址刷新到所述新的标准GPU模块的控制/同步模块中。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括当新的标准GPU模块接入所述传输连接总线时随即为其供电的步骤。

18.如权利要求14-17任一所述的方法，其特征在于，所述传输连接总线还提供有供其他设备接入的I/O接口。

19.如权利要求14-17任一所述的方法，其特征在于，所述传输连接总线为USB 3.0总线或PCIE总线。

20.如权利要求14-17任一所述的方法，其特征在于，所述标准GPU模块接入所述传输连接总线的数据传输I/O端口与供电I/O端口为一体设计或彼此独立。