CN105005373A - 超级计算机中基于PCI Express总线的多GPU供电控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PCI？Express总线的多GPU的供电控制装置，包括多个耗电管理接口及多个控制开关，GPU通过其对应的耗电管理接口与PCI？Express总线电连接，GPU对应的控制开关电连接于该耗电管理接口，用于控制该GPU与PCI？Express总线之间的通电和断电。本发明能够根据GPU的工作状态开启或关闭该GPU，且在空闲状态时，能彻底使GPU断电，使GPU在空闲状态下的能耗为0。

Description

超级计算机中基于PCI Express总线的多GPU供电控制装置及方法
技术领域
本发明涉及超级计算机的多GPU节点耗电管理的技术领域，具体涉及在超级计算机的GPU节点内，一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制装置及方法。
背景技术
GPU是图形加速卡(Graphics Processing Unit)的简称，是提高计算机处理大量图像或大规模计算的加速卡。现代GPU大多基于PCI Express总线，而PCI Express总线是从2001年春季开始发展起来的总线接口。现代GPU的主要生产商包括美国英伟达(NVIDIA)公司和美国AMD公司。
超级计算机的多GPU节点(multi-GPU node)是含有两个或两个以上的GPU的服务器。在此发明中，超级计算机的多GPU节点(multi-GPUnode)的两个或两个以上的GPU是指同型号的GPU。现有的多GPU技术包括美国NVIDIA公司开发出的SLI技术和美国AMD公司开发出的CrossFireX技术。
现有超级计算机的GPU节点(multi-GPU node)能够提供几十T级别的浮点计算能力，在商业计算和科学计算领域，比如计算金融学，计算机辅助设计，图像处理，动画设计等领域有着广泛的应用。在使用多用户软件比如Linux的情况下，超级计算机的多GPU节点(multi-GPU node)在系统负荷内也提供一定的多用户使用的能力。
现在多家公司开发的超级计算机的多GPU节点(multi-GPU node)产品，比如中科曙光，超微(Supermicro)，等公司。这些公司开发的超级计算机的GPU节点都具有耗电管理的功能。比如NVIDIA公司的NVIDIAManagement Library(包括NVIDIA-smi和NVIDIA-healthmon)和超微(Supermicro)公司的Supermicro Power Manager。
PCI Express总线包含供电针脚和信号针脚两个部分。单GPU能在软件的控制下进入空闲(idle)状态。此时，单GPU处于最低功率，存在一定的耗电。本发明采用CMOS模拟开关(analog switch)对单GPU进行完全控制，使单GPU能够处于彻底的“开启”或“关闭”的状态。然而，即使多个GPU同时处于空闲(idle)状态，因为单GPU的空闲(idle)状态存在耗电，超级计算机的多GPU节点的耗电仍然不小。例如，在工作状态下，四NVIDIA TITAN的工作站的峰值功率约有几千瓦特；在空闲(idle)状态下，其功率仍然在百瓦特以上。
因此，对于长期使用超级计算机的多GPU节点的用户，或者对于超级计算机的多GPU节点耗能比较敏感的用户，需要一种更为有效的供电控制装置及方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制装置及方法，解决超级计算机的多GPU节点在空闲状态下的能耗问题，使GPU在空闲状态下的能耗为0。
(二)技术方案
本发明提供一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制装置，包括多个耗电管理接口及多个控制开关，其中：
每个GPU对应有一个耗电管理接口及一个控制开关，GPU通过其对应的耗电管理接口与PCI Express总线连接，该GPU对应的控制开关电连接于耗电管理接口，用于控制GPU与PCI Express总线之间的通断电。
本发明还提供一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制方法，包括以下步骤：
S1，检测多个GPU的工作状态；
S2，当检测到某一GPU没有运算负载时，且该GPU是通电的，则关闭该GPU对应的控制开关，使该GPU与PCI Express总线之间断电；当检测到某一GPU有运算负载时，且该GPU是断电的，则开启该GPU对应的控制开关，使该GPU与PCI Express总线之间通电。
(三)有益效果
本发明提供的多GPU的供电控制装置及方法，采用CMOS模拟开关(analog switch)对单GPU进行完全控制，使单GPU能够处于彻底的“开启”或“关闭”的状态，能在空闲状态彻底使GPU断电，使GPU能耗为0。
附图说明
图1是本发明实施例中多GPU的供电控制装置的示意图。
图2是本发明实施例中耗电管理接口的结构图。
图3是本发明实施例中控制开关的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制装置，包括多个耗电管理接口及多个控制开关，GPU通过其对应的耗电管理接口与PCI Express总线电连接，GPU对应的控制开关电连接于该耗电管理接口，用于控制该GPU与PCI Express总线之间的通电和断电。
在一种实施方式中，供电控制装置还包括一个检测装置，用于检测多个GPU的工作状态，当检测到某一GPU没有运算负载，则其对应的控制开关关闭，使该GPU与所述PCI Express总线之间断电，其中，检测装置可以是NVIDIA公司提供的GPU管理工具，比如nvidia-smi。
在一种实施方式中，每个耗电管理接口包括针脚、CMOS模拟开关及插槽，CMOS模拟开关分别与针脚及插槽电连接，插槽供GPU插入，针脚与PCI Express总线电连接，CMOS模拟开关与控制开关连接。
在一种实施方式中，插槽包括供电插槽及信号插槽，所述针脚包括供电针脚和信号针脚，其中供电插槽通过CMOS模拟开关与供电针脚电连接，信号插槽通过CMOS模拟开关与信号针脚电连接。
在一种实施方式中，控制开关开启或关闭时，产生一个电子信号发送到CMOS模拟开关，CMOS模拟开关根据该电子信号，接通或切断供电插槽与供电针脚的通路。
在一种实施方式中，多个控制开关均设置在机箱的控制面板上。
在一种实施方式中，每个控制开关上设有指示灯，用于显示GPU的工作状态。
本发明还提供一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制方法，包括以下步骤：
S1，检测多个GPU的工作状态；
S2，当检测到某一GPU没有运算负载时，且该GPU是通电的，则关闭该GPU对应的控制开关，使该GPU与PCI Express总线之间断电；当检测到某一GPU有运算负载时，且该GPU是断电的，则开启该GPU对应的控制开关，使该GPU与PCI Express总线之间通电。
本发明提供的多GPU的供电控制装置及方法，能够根据GPU的工作状态开启或关闭该GPU，且在空闲状态时，能彻底使GPU断电，使GPU在空闲状态下的能耗为0。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是本发明一实施例中多GPU的供电控制装置的示意图，如图1所示，供电控制装置包括4个耗电管理接口及4个控制开关，其中耗电管理接口与控制开关一一对应，耗电管理接口与GPU一一对应，GPU通过其对应的耗电管理接口与PCI Express总线电连接，GPU对应的控制开关电连接于该耗电管理接口，用于控制该GPU与PCI Express总线之间的通断电。
图2是本发明实施例中耗电管理接口的结构图，如图2所示，耗电管理接口包括针脚、CMOS模拟开关及插槽，CMOS模拟开关分别与针脚及插槽电连接，插槽供GPU插入，针脚与PCI Express总线电连接，CMOS模拟开关与控制开关电连接，其中，插槽包括供电插槽及信号插槽，所述针脚包括供电针脚和信号针脚，其中供电插槽通过CMOS模拟开关与供电针脚电连接，信号插槽通过CMOS模拟开关与信号针脚电连接。控制开关开启或关闭时，产生一个电子信号发送到CMOS模拟开关，CMOS模拟开关根据该电子信号，接通或切断供电插槽与供电针脚的通路。
优选地，采用nvidia-smi检测每个GPU的工作状态，当检测到某一GPU没有运算负载时，且该GPU是通电的，则关闭该GPU对应的控制开关，控制开关产生一个关闭电子信号发送到CMOS模拟开关，CMOS模拟开关根据关闭电子信号，切断供电插槽与供电针脚的通路。当检测到某一GPU有运算负载时，且该GPU是断电的，则开启该GPU对应的控制开关，控制开关产生一个开启电子信号发送到CMOS模拟开关，CMOS模拟开关根据开启电子信号，接通供电插槽与供电针脚的通路。
图3是本发明实施例中控制开关的示意图，如图3所示，多个控制开关均设置在机箱的控制面板上，并且每个控制开关上设有指示灯1～4，用于显示GPU的工作状态。用户通过指示灯1～4，了解到相应的GPU的工作状态后，可以手动打开或关闭相应的控制开关，从而控制GPU的通断电。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制装置，其特征在于，包括多个耗电管理接口及多个控制开关，其中：
每个GPU对应有一个耗电管理接口及一个控制开关，该GPU通过其对应的耗电管理接口与所述PCI Express总线连接，该GPU对应的控制开关电连接于该耗电管理接口，用于控制该GPU与所述PCI Express总线之间的通断电。
2.根据权利要求1所述的供电控制装置，其特征在于，还包括一个检测装置，用于检测多个GPU的工作状态，当检测到某一GPU没有运算负载，则控制开关关闭，使该GPU与所述PCI Express总线之间断电。
3.根据权利要求1所述的供电控制装置，其特征在于，所述每个耗电管理接口包括针脚、CMOS模拟开关及插槽，所述CMOS模拟开关分别与所述针脚及插槽电连接，所述插槽供所述GPU插入，所述针脚与所述PCI Express总线电连接，所述CMOS模拟开关与所述控制开关电连接。
4.根据权利要求3所述的供电控制装置，其特征在于，所述插槽包括供电插槽及信号插槽，所述针脚包括供电针脚和信号针脚，其中所述供电插槽通过所述CMOS模拟开关与所述供电针脚电连接，所述信号插槽通过所述CMOS模拟开关与所述信号针脚电连接。
5.根据权利要求4所述的供电控制装置，其特征在于，控制开关开启或关闭时，产生一个电子信号发送到所述CMOS模拟开关，所述CMOS模拟开关根据该电子信号，接通或切断所述供电插槽与供电针脚的通路。
6.根据权利要求1所述的供电控制装置，其特征在于，所述多个控制开关均设置在机箱的控制面板上。
7.根据权利要求5所述的供电控制装置，其特征在于，所述每个控制开关上设有指示灯，用于显示GPU的工作状态。
8.一种基于PCI Express总线的多GPU的供电控制方法，其特征在于，包括：
S1，检测所述多个GPU的工作状态；
S2，当检测到某一GPU没有运算负载时，且该GPU是通电的，则关闭该GPU对应的控制开关，使该GPU与所述PCI Express总线之间断电；当检测到某一GPU有运算负载时，且该GPU是断电的，则开启该GPU对应的控制开关，使该GPU与所述PCI Express总线之间通电。
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