CN103984660B - 一种基于光交换和分布式网络的整机柜架构的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光交换和分布式网络的整机柜架构的设计方法，突破传统整机柜产品内部互联传输带宽的局限，首次将光互连技术用到整机柜产品中，可以实现单点交换传输带宽达到100Gb/s；将基于分布式网络的全局共享式架构与传统整机柜产品架构进行融合，提出了一种整机柜产品架构，其整个架构主要由计算资源池、存储资源池和I/O资源池三部分组成；三者之间通过100G光网络进行互连，整个整机柜产品的资源被完全的池化，使得整系统的计算资源、存储资源和I/O等资源根据需求进行动态的划分和配置，从而达到系统资源的最优化配置。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术，具体地说是一种基于光交换和分布式网络的整机柜架构的设计方法。
背景技术
目前传统的整机柜产品体系结构均是采用基于电缆进行互连，互联传输带宽出现瓶颈，无法满足随着大数据时代的来临对海量数据交换及处理的需求，并且网络拓扑在部署后相对固定，变动成本很高，无法根据需求进行灵活的配置，同时系统中资源相对孤立，系统资源的池化程度低，造成系统资源限制、资源的有效利用率低。
随着网络数据量的爆炸式增长，对设备的处理能力也提出了很大的需求，以往传统存储服务器和机架服务器的架构设计，在计算、网络和存储能力的扩展性方面均遇到了瓶颈，因此整机柜产品具有高密度、扩展灵活和便于维护的特点，特别受到数据中心或大型互联网公司的青睐。随着对数据传输量及传输速度的大幅提升，传统电缆的传输方式已经不适合大数据传输的需要，而随着光传输技术的发展，光作为高速传输介质更适合大数据传输的应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明提出了一种基于光交换和分布式网络并支持全局共享式的整机柜产品架构设计。
本发明所述一种基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：该整机柜架构设计方法, 突破传统整机柜产品内部互联传输带宽的局限，首次将光互连技术用到整机柜产品中，可以实现单点交换传输带宽达到100Gb/s；将基于分布式网络的全局共享式架构与传统整机柜产品架构进行融合，在融合后的新架构下，整个整机柜产品的资源被完全的池化，使得整系统的计算资源、存储资源和I/O等资源根据需求进行动态的划分和配置，从而达到系统资源的最优化配置。
本方明所述基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，提出了一种基于光交换和分布式网络并支持全局共享式的整机柜产品架构，该整机柜产品的整个架构主要由计算资源池、存储资源池和I/O资源池三部分组成；其中，
所述计算资源池作为整机柜产品中的核心处理部分，提供对数据的运算和处理，并结合分布式网络提供面向整机柜的计算资源；针对业务负载量的轻重，整个计算资源池中由若干重载计算模块和轻载计算模块组成；
所述存储资源池提供分布式的存储模式，为整个机柜产品提供全局的磁盘数据存储，存储池可以满足针对面向冷数据、热数据和高速缓存等不同类型的存储数据；所述存储资源池包括若干个存储模块；
所述I/O资源池提供全局共享的I/O设备扩展能力以及支持标准的PCIe设备，同时可以支持图形加速卡适用于图像加速和应用性能加速的石油勘探、动漫渲染、科学计算以及地震处理等应用领域；所述I/O资源池包括若干个所述I/O模块。
进一步，本方明中所述计算资源池、存储资源池和I/O资源池三者之间通过100G光网络进行互连，大幅增加通信带宽，并有效降低延迟。
本发明所述基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法具有的有益效果：本体系架构的创新在于采用光互连技术，可以使单点的数据交换带宽达到100Gb/s，同时将基于分布式网络的全局共享式架构与传统整机柜产品架构进行融合，使得架构中计算、存储、网络和I/O资源完全池化，提高整个系统中资源的管理和使用效率；本方明所提出的整机柜产品，具有高密度、100Gb高传输带宽、扩展灵活和便于维护的特点，特别受到数据中心或大型互联网公司的青睐。
附图说明
附图1为所述整机柜产品的体系架构原理图；
附图2为所述重载计算模块架构图；
附图3为所述轻载计算模块构架图；
附图4为所述存储模块架构图；
附图5为所述I/O模块架构图。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例，对本发明的基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法作以下详细地说明。
本方明所述基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法, 突破传统整机柜产品内部互联传输带宽的局限，首次将光互连技术用到整机柜产品中，可以实现单点交换传输带宽达到100Gb/s；将基于分布式网络的全局共享式架构与传统整机柜产品架构进行融合，在融合后的新架构下，整个整机柜产品的资源被完全的池化，使得整系统的计算资源、存储资源和I/O等资源根据需求进行动态的划分和配置，从而达到系统资源的最优化配置。
实施例：
本方明所述基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，提出了一种基于光交换和分布式网络并支持全局共享式的整机柜产品架构，该整机柜产品的体系架构原理图如图1所示，整个架构主要由计算资源池、存储资源池和I/O资源池三部分组成，所述计算资源池、存储资源池和I/O资源池三者之间通过100G光网络进行互连，大幅增加通信带宽，并有效降低延迟。
下面分别对上述计算资源池、存储资源池和I/O资源池进行详细说明：
所述计算资源池作为整机柜产品中的核心处理部分，提供对数据的运算和处理，并结合分布式网络提供面向整机柜的计算资源；针对业务负载量的轻重，整个计算资源池中由若干重载计算模块和轻载计算模块组成；每个计算模块由存储单元、处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
所述存储单元与处理单元通过SMI总线进行连接，存储单元用来存储处理单元需要的数据，存储带宽可以达到16Gb/s；重载计算模块中的处理单元选用传统X86架构的处理器，具备高频率和高浮点运算性能，适用于对数据处理有较高要求的应用需求；轻载计算模块中的处理单元采用ARM处理器，具有低功耗、低频率的特点，用于对计算数据量不大的前端接入类应用；
处理单元与通信转换单元直接进行连接，其中重载处理单元通过PCIe总线与通信转换单元连接，而轻载处理单元通过Ethernet链路与通信转换单元连接，通信转换单元会将重载处理单元和轻载处理单元传过来的信号统一转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时也将由光传送单元传来的信号转换为PCIe或Ethernet信号连接重载或轻载处理单元进行处理；光传送单元负责光信号的接收和发送，所有单元通过光传送单元实现100G光信号的全互连。
所述存储资源池提供分布式的存储模式，为整机柜产品提供全局的磁盘数据存储，存储池可以满足针对面向冷数据、热数据和高速缓存等不同类型的存储数据，所述存储资源池包括若干个存储模块；每个存储模块由存储单元、存储处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中，存储单元与存储处理单元通过SAS总线进行连接，1个存储处理单元，可以支持16个存储单元，每个存储单元可以支持标准的SAS、SATA或SSD存储介质；存储处理单元中的处理单元采用ARM或ATOM处理器，具有低功耗、低频率的特点，用于控制数据对存储单元的写入及读出；
存储处理单元与通信转换单元直接通过PCIe总线进行连接，通信转换单元会将存储处理单元传过来的PCIe信号统一转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时通信转换单元也将由光传送单元传来的信号转换为PCIe信号，并连接存储处理单元进行处理；光传送单元负责光信号的接收和发送，所有单元通过光传送单元实现100G光信号的全互连。
所述I/O资源池提供全局共享的I/O设备扩展能力，所述I/O资源池包括若干个I/O模块；每个I/O模块由I/O扩展单元、I/O控制单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中，I/O扩展单元与I/O控制单元通过PCIe总线进行连接，1个I/O扩展单元可以提供8个PCIe3.0 x8的扩展插槽，支持标准的PCIe扩展能力；I/O控制单元的处理单元采用X86架构的处理器，单个处理器最多可以提供40个PCIe的链路，用于I/O的扩展；
I/O控制单元与通信转换单元直接进行连接，通信转换单元会将I/O控制单元传过来的PCIe信号统一转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时也将由光传送单元传来的信号转换为PCIe信号连接I/O控制单元进行处理；光传送单元负责光信号的接收和发送，所有单元通过光传送单元实现100G光信号的全互连。
附图2为所述重载计算模块架构图，如附图2所示，每个重载计算模块由存储单元、重载处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中存储单元与重载处理单元通过SMI总线进行连接，用来存储重载处理单元需要的数据，存储带宽可以达到16Gb/s；
重载处理单元中的处理单元选用传统X86架构的处理器，具备高频率和高浮点运算性能，适用于对数据处理有较高要求的应用需求；
重载处理单元与通信转换单元直接进行连接，且重载处理单元通过PCIe总线与通信转换单元连接，通信转换单元会将重载处理单元传过来的PCIe信号转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时，通信转换单元也将由光传送单元传来的信号转换为PCIe信号，并连接重载处理单元进行处理。
附图3为所述轻载计算模块构架图，如附图3所示，每个轻载计算模块由存储单元、轻载处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中存储单元与轻载处理单元通过SMI总线进行连接，用来存储轻载处理单元需要的数据，存储带宽可以达到16Gb/s；
轻载处理单元中的处理单元采用ARM处理器，具有低功耗、低频率的特点，用于对计算数据量不大的前端接入类应用；
轻载处理单元与通信转换单元直接进行连接，且轻载处理单元通过Ethernet链路与通信转换单元连接，通信转换单元会将轻载处理单元传过来的信号转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时也将由光传送单元传来的信号转换为Ethernet信号连接轻载处理单元进行处理；
光传送单元负责光信号的接收和发送，所有单元通过光传送单元实现100G光信号的全互连。
附图4为所述存储模块架构图，如附图4所示，每个存储模块由存储单元、存储处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成，其中存储单元与存储处理单元通过SAS总线进行连接；1个存储处理单元，可以支持16个存储单元，每个存储单元可以支持标准的SAS、SATA或SSD存储介质；
存储处理单元中的处理单元采用ARM或ATOM处理器，具有低功耗、低频率的特点，用于控制数据对存储单元的写入及读出；存储处理单元与通信转换单元直接通过PCIe总线进行连接，通信转换单元会将存储处理单元传过来的PCIe信号统一转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时也将由光传送单元传来的信号转换为PCIe信号连接存储处理单元进行处理；光传送单元负责光信号的接收和发送，所有单元通过光传送单元实现100G光信号的全互连。
附图5为所述I/O模块架构图，如附图5所示，每个I/O模块由I/O扩展单元、I/O控制单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成，其中I/O扩展单元与I/O控制单元通过PCIe总线进行连接，1个I/O扩展单元可以提供8个PCIe3.0 x8的扩展插槽，支持标准的PCIe扩展能力；I/O控制单元的处理单元采用X86架构的处理器，单个处理器最多可以提供40个PCIe的链路，用于I/O的扩展；
I/O控制单元与通信转换单元直接进行连接，通信转换单元会将I/O控制单元传过来的PCIe信号统一转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时也将由光传送单元传来的信号转换为PCIe信号连接I/O控制单元进行处理。光传送单元负责光信号的接收和发送，所有单元通过光传送单元实现100G光信号的全互连。
综上可知,本方明一种基于光交换和分布式网络并支持全局共享式的整机柜产品架构设计方法，其特性在于一方面突破传统整机柜产品内部互联传输带宽的局限，首次将光互连技术用到整机柜产品中，可以实现单点交换传输带宽达到100Gb/s；另一方面在业界第一个提出将基于分布式网络的全局共享式架构与传统整机柜产品架构进行融合，在融合后的新架构下，整个整机柜产品的资源被完全的池化，支持计算资源池化、存储资源池化、网络资源池化、I/O资源池化和缓存资源池化，使得整系统的计算资源、存储资源和I/O等资源根据需求进行动态的划分和配置，从而达到系统资源的最优化配置。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的权利要求书的且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，其特征在于,该整机柜架构设计方法,突破传统整机柜产品内部互联传输带宽的局限，将光互连技术用到整机柜产品中，单点交换传输带宽能够达到100Gb/s；将基于分布式网络的全局共享式架构与传统整机柜产品架构进行融合，在融合后的新架构下，该整机柜产品的资源被完全的池化，整个系统的计算资源、存储资源和I/O资源根据需求能够进行动态的划分和配置；
该整机柜架构设计方法，提出了一种基于光交换和分布式网络并支持全局共享式的整机柜产品架构，该整机柜产品的整个架构由计算资源池、存储资源池和I/O资源池三部分组成；其中，
所述计算资源池作为整机柜产品中的核心处理部分，提供对数据的运算和处理，并结合分布式网络提供面向整机柜的计算资源；针对业务负载量的轻重，整个计算资源池中由若干重载计算模块和轻载计算模块组成；
所述存储资源池提供分布式的存储模式，为整机柜产品提供全局的磁盘数据存储，存储池能够满足针对面向冷数据、热数据和高速缓存不同类型的存储数据；所述存储资源池包括若干个存储模块；
所述I/O资源池提供全局共享的I/O设备扩展能力以及支持标准的PCIe设备，同时能够支持图形加速卡；所述I/O资源池包括若干个I/O模块；
同时，所述计算资源池、存储资源池和I/O资源池三者之间通过100G光网络进行互连。
2.根据权利要求1所述的基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，其特征在于,每个重载计算模块由存储单元、重载处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中存储单元与重载处理单元通过SMI总线进行连接，存储单元用来存储重载处理单元需要的数据，存储带宽能够达到16Gb/s；
重载处理单元中的处理单元选用传统X86架构的处理器；
重载处理单元与通信转换单元直接通过PCIe总线进行连接，通信转换单元会将重载处理单元传过来的PCIe信号转换为光信号，再由光传送单元进行传输；同时，通信转换单元也将光传送单元传来的信号转换为PCIe信号，并连接重载处理单元进行处理；
光传送单元负责光信号的接收和发送，所述重载计算模块通过其光传送单元与所述轻载计算模块、存储模块、I/O模块实现100G光信号的全互连。
3.根据权利要求1所述的基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，其特征在于,每个轻载计算模块由存储单元、轻载处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中存储单元与轻载处理单元通过SMI总线进行连接，存储单元用来存储轻载处理单元需要的数据，存储带宽能够达到16Gb/s；
轻载处理单元中的处理单元采用ARM处理器；
轻载处理单元与通信转换单元直接通过Ethernet链路进行连接，通信转换单元会将轻载处理单元传过来的Ethernet信号转换为光信号，再由光传送单元进行传输；同时通信转换单元也将由光传送单元传来的信号转换为Ethernet信号，并连接轻载处理单元进行处理；
光传送单元负责光信号的接收和发送，所述轻载计算模块通过其光传送单元与所述重载计算模块、存储模块、I/O模块实现100G光信号的全互连。
4.根据权利要求1所述的基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，其特征在于,每个存储模块由存储单元、存储处理单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中存储单元与存储处理单元通过SAS总线进行连接；1个存储处理单元，能够支持16个存储单元，每个存储单元能够支持标准的SAS、SATA或SSD存储介质；存储处理单元中的处理单元采用ARM或ATOM处理器，用于控制数据对存储单元的写入及读出；
存储处理单元与通信转换单元直接通过PCIe总线进行连接，通信转换单元会将存储处理单元传过来的PCIe信号统一转换为光信号，再由光传送单元进行传输，同时也将由光传送单元传来的信号转换为PCIe信号，并连接存储处理单元进行处理；
光传送单元负责光信号的接收和发送，所述存储模块通过其光传送单元与所述轻载计算模块、重载计算模块、I/O模块实现100G光信号的全互连。
5.根据权利要求1所述的基于光交换和分布式网络的整机柜架构设计方法，其特征在于,每个I/O模块由I/O扩展单元、I/O控制单元、通信转换单元、分布式交换控制器和光传送单元5部分组成；
其中I/O扩展单元与I/O控制单元通过PCIe总线进行连接，1个I/O扩展单元能够提供8个PCIe3.0x8的扩展插槽，支持标准的PCIe扩展能力；I/O控制单元的处理单元采用X86架构的处理器，单个处理器最多能够提供40个PCIe的链路，用于I/O的扩展；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |