CN104699655A - 网络芯片及云服务器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络芯片及云服务器系统，该网络芯片包括：多个以太网卡NIC、以太网交换器；其中，所述多个NIC与所述以太网交换器相连。本发明通过将网络NIC和以太网交换器Switch整合为一个单一网络芯片，并基于该芯片构建云服务器系统。该云服务器系统结构能很好地满足云服务器的设计需求，即性能功耗比和整体服务能力强、低成本、低功耗、高效能。在架构上实现网络虚拟化，可最大限度地确保服务器性能。

Description

网络芯片及云服务器系统

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体来说，涉及一种网络芯片及云服务器系统。

背景技术

云服务器的设计和实现目标是理想的性能功耗比和整体服务能力、低成本、低功耗、高效能。

目前云计算系统中的云服务器的设计与实现方法主要是用以太网络将一些小节点互联起来，如图1所示。系统大体分三部分：处理器cpu、网络交换芯片Ethernet Switch、以及连接处理器与网络交换芯片的网卡(NIC)。该网卡是通过PCIE接口与处理器相接，与网络交换芯片的链路协议是1GbE或10GbE。目前以太网络是1GbE、10GbE，未来会发展到10GbE、100GbE。

随着SoC(System on Chip)技术的发展，服务器处理器开始走SoC路线，即处理器上集成PCIE接口、内存控制器、硬盘接口和以太网卡(NIC)。这就为云服务器实现高密度设计提供了条件：高集成度、低功耗、低成本。基于SoC型处理器的云服务器设计与实现方法如图2所示。

但上述现有技术均没能解决服务器效能和面向云计算典型应用负载进行有效适配的问题。所谓的适配就是根据应用的需求提供必要的网络资源，即高性能与按需简约。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种网络芯片及云服务器系统，能够很好地满足云服务器的设计需求。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种网络芯片。

该网络芯片包括：

多个以太网卡NIC、以太网交换器；

其中，多个NIC与以太网交换器相连。

此外，该网络芯片进一步包括：

多个系统总线接口PCIE，用于与外设相连。

其中，多个PCIE的数量与多个NIC的数量相同并且一一对应，多个NIC通过多个PCIE与外设相连。

其中，该网络芯片还可以包括：

至少一个以太网口，至少一个以太网口与以太网交换器相连。

其中，至少一个以太网口用于上行。

其中，至少一个以太网口支持1G、10G、40G、100G以太网协议。

其中，外设可以为处理器。

优选的，多个处理器的功能部分相同或全部不同。

根据本发明的另一方面，还提供了一种云服务器系统其是由上述的网络芯片构成的，当存在多个网络芯片的情况下，多个网络芯片之间互联。

并且，该云服务器系统还可以包括：

管理模块，用于对至少一个网络芯片进行管理。

本发明通过将网络NIC和以太网交换器Switch整合为一个单一网络芯片，并基于该芯片构建云服务器系统。该云服务器系统结构能很好地满足云服务器的设计需求，即性能功耗比和整体服务能力强、低成本、低功耗、高效能。在架构上实现网络虚拟化，可最大限度地确保服务器性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术传统方法的云服务器系统的结构示意图；

图2是现有技术采用Soc方法的云服务器系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的网络芯片的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的云服务器系统的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的云服务器系统的扩展结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对本发明的技术方案进行阐述前，为了更清楚的理解本发明，首先对本发明中将会出现的一些本领域的技术用语做出解释如下：

高密度服务器：指在一定服务器空间内(如4U高标准机架服务器)集成多个处理器；

1/10/40/100GbE：1G以太网络、10G以太网络、40G以太网络、100G以太网络；

NIC：Network Interface Card网卡；

Ethernet Switch：以太网络交换器；

SoC：System on Chip片上系统；

PCIE：PCIE是PCIEPCI-Express的简称。PCIE是计算机中最新的I/O总线和接口标准；

I2C：Inter-Integrated Circuit，是一种两线式的串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。

根据本发明的实施例，提供了一种网络芯片。

如图3所示，根据本发明实施例的网络芯片包括：

多个以太网卡NIC、以太网交换器；

其中，多个NIC与以太网交换器相连。

此外，该网络芯片进一步包括：

多个系统总线接口PCIE，用于与外设相连。

其中，多个PCIE的数量与多个NIC的数量相同并且一一对应，多个NIC通过多个PCIE与外设相连。

其中，该网络芯片还可以包括：

至少一个以太网口，至少一个以太网口与以太网交换器相连。

其中，至少一个以太网口用于上行。

其中，至少一个以太网口支持1G、10G、40G、100G以太网协议。

其中，外设可以为处理器。

优选的，多个处理器的功能部分相同或全部不同。

请继续参照图3，将以一具体的实施例对本发明的技术方案进一步进行说明。

如图3虚线所圈，将网络系统中的以太网卡(NIC)和以太网交换器集成到一起，做成一个网络芯片。反过来讲，该网络芯片集成有多个NIC和1个以太网交换器。芯片对外呈现的是用于连接处理器的多个PCIE接口和1个用于上行的1个或多个以太网口，该网口支持1G、10G、40G或100G以太网协议。

借助于上述技术方案，集成以太网卡(NIC)和以太网交换器的网络芯片发明效果体现在：

1)处理器接入网络系统的性能会得到提升。处理器采用PCIE接入网络系统。PCIE是系统总线，它都会比以太网链路性能更高。

2)网络虚拟化更灵活。图2所示系统的网络虚拟化程度取决于处理器，在实际应用中，应用负载对计算与网络的需求会不同。本发明以分离器件方式很好解决了两者间平衡问题。

3)网络性能会更高。以太网卡(NIC)和以太网交换器集成到同一片上，两者间的通信是片上通信，无论在通信带宽还是通信延迟方面，片上总优于片间。

4)网络功能会更齐全。以太网卡(NIC)和以太网交换器集成为一体，消除了两者间的不同型号适配问题，可很好地实现虚拟化等功能。

5)降低网络系统的功耗和成本。

此外，根据本发明的实施例还提供了一种云服务器系统，如图4及图5所示，其是由上述的网络芯片构成的，当存在多个网络芯片的情况下，多个网络芯片之间互联。

并且，该云服务器系统还可以包括：

管理模块，用于对至少一个网络芯片进行管理。

请继续参照图4及图5，将以一具体的实施例对本发明的技术方案进一步进行说明。

将以太网卡(NIC)和以太网交换器集成为一个网络芯片可实现一种新的云服务器系统结构，如图4所示。

该云服务器与图1、图2所示传统云服务器架构相比，优势在于：

1)对处理器的兼容性更广。目前PCIE接口已作为处理器的标配集成进处理器，如论是轻量级处理器还是高性能处理器均有PCIE接口。因云计算典型应用负载的不同，云服务器要求所配的处理器类型就不同。该新型云服务器能很好地实现云计算环境的异构。

2)高性能的网络环境。云计算的主要瓶颈是I/O，该新型云服务器将网络部分集成为单一片上系统，网络无论在可靠性还是性能方面都得到极大加强。

3)良好的可扩展性。将多个该网络芯片按照一定的拓扑互连成一个网络系统，如图5所示，可实现云服务器处理器规模的扩展。

4)可管理性。集成以太网卡(NIC)和以太网交换器的网络芯片设置有管理接口(PCIE或I2C)，云服务器系统中设置有统一管理平台，可实现对多个网络芯片的协调一致性管理。

此外，通过本发明的技术方案构成的云服务器系统可以：

1)将传统网络中的NIC和Switch整合到一起，形成一个单一网络芯片。

2)在1)中提到的单一网络芯片具有扩展能力。多个单一网络芯片按照某种拓扑可形成一个更大规模的网络系统。

3)基于1)的单一网络芯片构建云服务器系统。云服务器可物理地分成处理器单元和网络单元两部分，两者间基于标准的PCIE互连，从而实现云服务器计算与网络的平衡与按需配置。

4)基于本保护内容2)和图5所示，采用单一网络芯片的扩展连接方式实现云服务器处理器的高密度集成。

5)云服务器系统的模块化、标准化设计。计算模块志包括处理器、内存、存储等，网络模块就是把NIC和Switch整合到一起的网络芯片。

6)云服务器中设置专用管理处理器，统一管理、配置系统中所有的网络器件。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明将网络NIC和Switch整合为一个单一网络芯片，并基于该芯片构建云服务器系统。该云服务器系统结构能很好地满足云服务器的设计需求，即性能功耗比和整体服务能力强、低成本、低功耗、高效能。在架构上实现网络虚拟化，可最大限度地确保服务器性能。所有的处理器共享该单一网络芯片的网络资源。网络的带宽和传输优先级可根据应用负载情况按需配置，实现了按需简约、弹性、高通量的云服务器设计理念，满足云服务器对不同云计算应用负载的适配。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种网络芯片，其特征在于，包括：

多个以太网卡NIC、以太网交换器；

其中，所述多个NIC与所述以太网交换器相连。

2.根据权利要求1所述的网络芯片，其特征在于，进一步包括：

多个系统总线接口PCIE，用于与外设相连。

3.根据权利要求2所述的网络芯片，其特征在于，所述多个PCIE的数量与所述多个NIC的数量相同并且一一对应，所述多个NIC通过所述多个PCIE与外设相连。

4.根据权利要求1所述的网络芯片，其特征在于，包括：

至少一个以太网口，所述至少一个以太网口与所述以太网交换器相连。

5.根据权利要求4所述的网络芯片，其特征在于，所述至少一个以太网口用于上行。

6.根据权利要求4所述的网络芯片，其特征在于，所述至少一个以太网口支持1G、10G、40G、100G以太网协议。

7.根据权利要求2所述的网络芯片，其特征在于，所述外设为处理器。

8.根据权利要求7所述的网络芯片，其特征在于，多个处理器的功能部分相同或全部不同。

9.一种云服务器系统，其特征在于，由至少一个如权利要求1至8任一所述的网络芯片构成，当存在多个网络芯片的情况下，所述多个网络芯片之间互联。

10.根据权利要求9所述的云服务器系统，其特征在于，包括：

管理模块，用于对至少一个网络芯片进行管理。