CN104657317B - 服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种服务器，该服务器包括PCIe主机；具有PCIe接口的端点；PCIe网络；其中，所述PCIe主机和所述具有PCIe接口的端点分别连接所述PCIe网络，且所述PCIe主机和所述具有PCIe接口的端点是物理上分离设置的。该服务器能够实现主机与端点、主机与主机及端点与端点之间通过PCIe网络进行高速低延时的互联互通，可以静态或者动态的对主机与端点之间的访问关系进行相应配置，从而可以实现服务器的灵活配置。

Description

服务器
技术领域
本发明涉及计算机通信技术领域，尤其涉及一种服务器。
背景技术
传统的-服务器通常将中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，机械硬盘(Hard Disk Drive，HDD)，固态硬盘(Solid State Disk，SSD)，GPU(General ProcessorUnit)及其他外设等集中在单一的物理机箱中，通常以不同的服务器设计方案来满足不同的应用需求，无法灵活扩展变更以满足不同的应用需求。此外因为CPU可支持的PCIe lane数量有限，单CPU可支持的PCIe设备数量也受到限制，且PCIe主从设备之间的通信带宽有限。另外跨服务器单元节点的通信带宽和延时也有诸多限制。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种服务器，该服务器可以灵活扩展，并支持服务器内各单元之间的高速低延时通信。
为达到上述目的，本发明实施例提出的服务器，包括：PCIe主机；具有PCIe接口的端点；PCIe网络；其中，所述PCIe主机和所述具有PCIe接口的端点分别连接所述PCIe网络，且所述PCIe主机和所述具有PCIe接口的端点是物理上分离设置的。
本发明实施例提出的服务器，通过将主机和端点分离设置，可以实现主机与端点的解耦合，并且通过PCIe网络分别与主机和端点连接，可以实现主机与端点、主机与主机及端点与端点之间通过PCIe网络进行高速低延时的互联互通，可以静态或者动态的对主机与端点之间的访问关系进行相应配置，从而可以实现服务器的灵活配置。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例提出的服务器的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；
图5是本发明实施例中GPU放置位置的立体示意图；
图6是本发明实施例中GPU放置位置的平面示意图；
图7是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图；
图8是本发明另一实施例提出的服务器的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本发明一实施例提出的服务器的结构示意图，该服务器包括：PCIe主机11，具有PCIe接口的端点12，以及，PCIe网络13；其中，所述PCIe主机11和所述具有PCIe接口的端点12分别连接所述PCIe网络13，且所述PCIe主机11和所述具有PCIe接口的端点12是物理上分离设置的。
其中，PCIe是PCI-express的简称，PCI是外设部件互连标准(PeripheralComponent Interconnect，PCI)。
PCIe主机也可以称为PCIe Host，是指按照PCIe规范，工作在PCI Express RootComplex模式的设备。
具有PCIe接口的端点也可以称为PCIe Endpoint，是指按照PCIe规范，工作在PCIExpress Endpoint模式的设备。
PCIe主机11为一个或者多个，具有PCIe接口的端点12为一个或者多个，多个是指至少两个。
PCIe主机11和具有PCIe接口的端点12的类型不限。
例如，PCIe主机11可以包括：中央处理器(Central Process Unit，CPU)或者微处理器等，微处理器例如包括：高级精简指令集机器(Advanced RISC Machine，ARM)，或者，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，或者，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)等。
又例如，所述具有PCIe接口的端点包括如下项中的至少一项：
图形处理器(Graphic Process Unit，GPU)，网络接口卡(Network InterfaceCard，NIC)，PCIe SSD，PCIe接口的磁盘装置。
PCIe接口的磁盘装置例如包括：主机总线适配器(Host Bus Adapter，HBA)卡或者独立磁盘冗余阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)卡作为前端访问接口的磁盘簇(Just a Bunch of Disks，JBOD)，JBOD具体可以是HDD JBOD或者SSD JBOD。
可以理解的是，上述给出的具体的PCIe主机以及具体的具有PCIe接口的端点只是示例，还可以是其他形式的PCIe主机和具有PCIe接口的端点。
本发明实施例中，以服务器是GPU服务器为例，参见图2，服务器包括：主机21，如图2所示，以两个主机为例，分别是PCIe Host-1和PCIe Host-2，服务器还包括端点22，如图2所示，端点22是GPU或者NIC(图2中用GPU&NIC表示)，服务器还包括：PCIe网络23，如图2所示，PCIe网络可以包括多个单元，分别用PCIe TOR，Chassis表示。
传统的服务器设计方案通常将CPU、电源、风扇、外设(如HDD、SSD、网卡、GPU等)等集中在单一的物理机箱中，其无法灵活扩展变更以满足不同的应用需求，因此通常以不同的服务器硬件设计方案来满足不同的应用需求。
而本实施例突破单机的物理限制，将服务器的主要部件分散在不同的物理单元上，通过PCIe网络将各模块组织起来，从机柜(Rack)层面来灵活构建不同配置的系统以满足多变的业务需求。任何PCIe接口的主从设备都可以接入该PCIe网络，如PCIe SSD、HBA/RAID卡作为前端接口的JBOD、GPU、网卡、ARM、FPGA等。以GPU服务器为例，假设主机是CPU，本实施例可以将CPU和GPU物理分离，通过PCIe网络将二者互联起来，以突破单机最大支持8个GPU的限制，并且可灵活调整CPU和GPU的配比来满足不同业务需求。
本实施例中，通过将主机和端点物理上分离设置，可以实现服务器中相应硬件的解耦合，从而可以实现服务器的灵活扩展。
另一实施例中，所述主机为至少一个，所述端点为至少一个，所述PCIe网络中包括：
配置模块和交换设备；
所述交换设备由至少一个PCIe交换机构建得到，其中，多个PCIe交换机可构建得到多种层级关系的交换设备；
所述配置模块用于对所述交换设备进行配置，以动态配置节点间的逻辑访问关系，所述逻辑访问关系包括如下项中的至少一项：主机之间的逻辑访问关系，端点之间的逻辑访问关系，主机与端点之间的逻辑访问关系。
其中，PCIe交换机可以称为PCIe Switch，如图2所示，以PCIe Switch是PCIeX为例。
其中，动态配置是指配置的逻辑访问关系不限于静态的固定关系，而是可以根据实际需要动态更改。
具体的，配置模块可以是图2中所示的管理CPU(Mgmt CPU)，通过管理CPU配置上述各种逻辑访问关系。
例如，当配置主机与端点之间的逻辑访问关系时，在该PCIe网络内，PCIe Host枚举阶段能够发现的PCIe endpoint的数量和类型都是可以通过负责集群管理的Mgmt CPU来灵活设置的，因此可实现PCIe endpoint设备的池化共享。参见图3，以GPU服务器为例，服务器包括CPU 31，GPU 32和PCIe网络33，PCIe网络(具体可以是PCIe网络中的Mgmt CPU)可灵活调整CPU和GPU的配比关系，以此构建不同配置的逻辑GPU服务器来支持不同粒度的GPU计算任务。如图3所示，节点A的CPU可以访问两个GPU，节点B的CPU可以访问六个GPU。
本实施例通过PCIe网络的配置，可以实现主从设备之间的灵活配置。
又例如，本实施例中不仅可以实现上述的主从设备之间的访问，还可以实现两个主设备之间的访问。具体的，当配置主机与主机之间的逻辑访问关系时，当两个主设备(两个PCIe Host)在同一个PCIe网络内，通过Mgmt CPU对PCIe网络的各个子单元(如PCIe TOR，Chassis)进行相关配置，PCIe Host之间可直接通过该PCIe网络实现高带宽低延时的通信。对于跨机柜且不处于同一个PCIe网络内的PCIe Host，其可通过共享的SR-IOV网卡实现互联互通。
进一步的，在配置上述逻辑访问关系时，可以具体配置成多路径路由，和/或，具体配置成多路径上联。
具体的，多路径路由是指对应一组起点和终点，存在多条路径，通过配置多路径路由可以减少阻塞并提高系统链路可靠性。例如，A点和B点之间的路径可以配置成第一路径和第二路径，当第一路径故障时，可以动态切换到第二路径。
另一方面，PCIe作为一种树形拓扑网络，其上联端口只能有一条固定路径。因此现有的GPU方案中，其上联端口只有1个x16。而本实施例中可通过Mgmt CPU来配置PCIeX(PCIeSwitch)，使得其下所连接的PCIe端点可通过不同的上联端口来与其他PCIe端点进行通信，因此可利用2条以上的x16上联链路实现多Switch芯片下联接的多个GPU设备间的高速互联通信。例如，参见图2，一个PCIeX可以通过两个路径上联，分别用路径-1和路径-2表示。
本实施例中，通过配置模块的配置，不仅可以实现主从设备之间的访问，还可以实现两个主设备之间的访问，另外，通过配置多路径上联，可以实现不同节点通过不同路径传输数据，从而实现节点之间的高带宽低延时通信，并且，通过配置多路径路由，可以减少拥塞，提高通信的带宽并降低延时，还可以提高链路可靠性。
另一实施例中，所述PCIe网络和所述端点分别由模块化元件组成，且所述模块化元件是可更换的。
具体的，参见图4，服务器41中包括PCIe网络，端点和主机，其中，PCIe网络位于交换板上，端点包括GPU和NIC，端点连接到数据信号背板上，主机在图4中未示出。在图4中，Rack Middleplane、BusBar、Fan等属于机柜级共享基础设施，信号转接板和电源转接板属于机箱级共享设施，可最大限度复用。交换板、数据信号背板及GPU和NIC等则可以灵活变更以满足不同的应用需求。
保持交换板、数据信号背板不变，可将GPU和NIC设备更换为其他PCIe接口的主或从设备，即可构成不同的解决方案。如将GPU更换为ARM则可构建Micro Server平台，将GPU更换为FPGA卡即可构建异构计算平台等。
保持数据信号接口板不变，也可将交换板更新为其他网络互联方案如以太网，将GPU更换为ARM则可构建Micro Server平台。
本实施例中，通过模块化，可以在统一的框架下可灵活支持不同产品。
另一实施例中，当所述端点包括功耗大于预设值的端点时，所述功耗大于预设值的端点至少包括两排，且相邻排的所述功耗大于预设值的端点设置在不同的高度上。其中，预设值可以根据实际散热需要进行设置。
具体的，参见图5或者图6，以功耗大于预设值的端点是GPU，且排数是两排为例，如图5或图6所示，服务器包括前排GPU 51和后排GPU 52，如图6所示，前排GPU 51和后排GPU52位于不同的高度上，以方便散热。
另外，还可以设置导风罩53，设置在前排的所述功耗大于预设值的端点的上面，用于改变所在排的所述功耗大于预设值的端点的散热方向。
例如，参见图5或图6，通过在前排GPU上设置导风罩，导风罩可以将前排GPU的散热方向更改，从而避免将散热直接传输到后排GPU，从而可以降低前排GPU对后排GPU的散热影响。其中，本实施例中的前排和后排是指散热方向进行排列的，例如，A排的散热是朝向B排的，那么A排是前排，B排是后排。
本实施例中，以功耗较大的端点是GPU为例，通过相邻排的GPU设置在不同的高度上，可以充分利用机箱的高度空间，前后两排GPU在竖直方向上交错部署，并增加导风装置可降低前排GPU排出的热风对后排GPU的影响，最大化优化散热效率。另外，通常采用增加风扇转速提高散热性，而本实施例通过高度位置的不同，可以利用自然条件散热，降低风扇功耗。
另一实施例中，所述端点围绕交换板对称设置，其中，所述交换板是所述交换设备的一种具体实现方式。
交换设备在具体实现时可以采用不同的实现方式，其中一种实现方式是交换板。例如，如图4所示，交换板由多个PCIeX组成。
另外可以通过配置多个PCIeX来构建多种层级关系的交换设备。例如，参见图2，交换设备具有两层，第一级是交换板，第二级是PCIe TOR交换机。
具体的，第一级PCIe网络位于交换板上，高速数据信号源自交换板，最终连接到GPU等设备上。如图7所示，交换板71位于系统中央，离前后左右各PCIe设备(如GPU)72距离较近，最大限度的减少了高速信号衰减，提升了硬件设计质量。
本实施例中，通过端点围绕所述交换板对称设置，可以减少信号衰减。
另一实施例中，所述端点和/或所述主机具有统一插槽。
具体的，以GPU服务器为例，参见图8，服务器包括GPU 81和NIC 82，GPU和NIC共用统一插槽，以便根据单机箱与外部通信的带宽需求灵活调整NIC数量。
本实施例中，采用统一插槽设计，可支持不同的PCIe主从设备，灵活调整系统配置。
另一实施例中，当所述端点包括GPU时，每个GPU所在机箱设置16个GPU。
具体的，本实施例中，将传统服务器的CPU、风扇、电源等主要器件从GPU机箱中分离出来，因此可有效利用节点空间支持更多的GPU，高达16个，机箱内部各GPU的互联带宽高达64Gb。当同一CPU通过PCIe TOR来同时连接两个GPU机箱时，集群规模高达32个GPU，且跨机箱的两个GPU之间也可达到无阻塞32Gb互联通信，其带宽为两个GPU机箱通过一个40GE网卡互联通信的带宽的12.8倍。
本实施例中，在8.8KW的机柜内可以实现单CPU可支持高达32个GPU。
综上所示，本发明实施例中，相比现有的双socket CPU支持8个GPU卡的系统(之间通过40Gb以太网互联)，本发明可扩大GPU机器规模，实现PCIe主从设备任意二者之间的高速低延时通信，具体为可实现单socket CPU支持32个GPU，集群规模扩大8倍，GPU互联带宽达到无阻塞的32Gb，扩大12.8倍，平均通信延时缩小5倍。将CPU、GPU和NIC物理分离，通过PCIe网络将三者互联起来，可灵活调整CPU和GPU的配比来满足不同业务需求，可灵活调整NIC数量来满足不同的外部带宽需求。采用全模块化设计，灵活多变，可快速变更以适应不同的业务需求。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种服务器，其特征在于，包括：
PCIe主机；
具有PCIe接口的端点；
PCIe网络；
其中，所述PCIe主机和所述具有PCIe接口的端点分别连接所述PCIe网络，且所述PCIe主机和所述具有PCIe接口的端点是物理上分离设置的；
其中，所述主机为至少一个，所述端点为至少一个，所述PCIe网络中包括：
配置模块和交换设备；
所述交换设备由至少一个PCIe交换机构建得到，其中，多个PCIe交换机可构建得到多种层级关系的交换设备；
所述配置模块用于对所述交换设备进行配置，以动态配置节点间的逻辑访问关系，所述逻辑访问关系包括如下项中的至少一项：主机之间的逻辑访问关系，端点之间的逻辑访问关系，主机与端点之间的逻辑访问关系。
2.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述配置模块具体用于：
在配置所述逻辑访问关系时，进行多路径路由配置，和/或，进行多路径上联配置。
3.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述PCIe网络和所述端点分别由模块化元件组成，且所述模块化元件是可更换的。
4.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述端点围绕交换板对称设置，其中，所述交换板是所述交换设备的一种具体实现方式。
5.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述端点和/或所述主机具有统一插槽。
6.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，当所述端点包括功耗大于预设值的端点时，所述功耗大于预设值的端点至少包括两排，且相邻排的所述功耗大于预设值的端点设置在不同的高度上。
7.根据权利要求6所述的服务器，其特征在于，还包括：
导风罩，设置在前排的所述功耗大于预设值的端点的上面，用于改变所在排的所述功耗大于预设值的端点的散热方向。
8.根据权利要求1-7任一项所述的服务器，其特征在于，所述具有PCIe接口的端点包括如下项中的至少一项：
GPU，NIC，PCIe SSD，PCIe接口的磁盘装置。
9.根据权利要求8所述的服务器，其特征在于，当所述端点包括GPU时，每个GPU所在机箱设置16个GPU。
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