CN105404364A - 背板系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种背板系统，其为伺服器机柜的分离背板设计，以允许一控制模块板被热插拔。分离背板设计由一基底平面板和一控制模块板所构成，其中该背板系统的控制模块板连接基底平面板。基底平面板可由一电源供应器汲取电力，且连接若干个不易损坏或故障的电子元件。控制模块板包含若干个易于损换或故障的其他电子元件。控制模块板连接基底平面板，且在控制模块板故障期间可被移除。当控制模块板从基底平面板移除时，基底平面板和其功能持续运作，且为了替换控制模块板并不需关闭电源。

Description

背板系统

技术领域

本发明涉及一种伺服器机柜设计。更具体地来说，本发明涉及伺服器机柜的一种分离背板设计。

背景技术

伺服器技术中，伺服器机柜的设计对于伺服器内的电力和电子元件是相当重要的。在现有的机柜设计中，单一背板电路板被安装于机柜。背板是一具有若干个微小元件的单一主机板，这些微小元件可共同连结和管理且平行排列。其通常作为一伺服器单元内所有主要元件的接口。背板是设计以允许主要元件被加入或移除仅需少量的精力。背板包含被动元件(例如电源供应器)和主动元件(包括机体电路元件)两者。这单一的背板控制处理安装于机柜内的每一个机箱的管理。一般背板可包含各种元件的连接器，包括输入/输出板、风扇、处理器板、存储模块等。

大体而言，一旦背板失效且需由另一背板替换时，通常必须关闭与其连接的电源供应器。然而，伺服器机柜的其他重要元件的电力通常也是从此背板同时供应，例如冷却风扇。因此，在替换背板的期间，这些元件即无法产生功能。这可能导致多项问题，因为伺服器及其元件的持续运作可能为企业或技术制作工艺所必要的。这也可能导致所费不赀的延误和时间及资源的损失。高可用性(high-availability)和关键任务系统(mission-criticalsystems)需被设计为在其整个使用寿命中，停机时间趋近于零。几个产业依靠持续的系统运作，包括医疗信息学(medicalinformatics)、核能(nuclearpower)、金融机构(financialinstitutions)、以及持续在线的线上游戏(persistentonlinegames)。由于系统中断造成数据的潜在损失应被注意，特别是关于大量、及时信息收集的应用程序。此外，数据损换可能发生，从而导致不可预期的问题，甚至在中断发生数个月之后。在一些例子中，背板故障会造成没有电力供应至风扇模块，即便其他元件持续在运行。由于关闭的风扇而缺乏冷却，会使得运作的伺服器机箱被置于损坏的风险中。

发明内容

本发明提供一种伺服器机柜的分离背板设计。并非包含强和弱元件两者以及主动和被动元件两者的单一背板电路板，而是一基底平面板和一控制模块板构成的分离背板设计。基底平面板连接伺服器机箱，且包含若干个不易损换或故障的强电子元件。强电子元件可包括电容、电阻、导体、电感和其他电子元件。此外，基底平面板包含提供对于正常伺服器运转相当重要功能的元件。控制模块板可包括若干个易于损坏或故障的弱电子元件，例如集成电路。控制模块板连接基底平面板，且当控制模块板的一或多个元件故障时，控制模块板可被移除。当控制模块板从基底平面板移除时，基底平面板和其功能持续运作，且为了替换控制模块板并不需关闭电源。这是因为弱元件在控制模块板上，且强元件在基底平面板上而分离的原因。

在一些实施例中，基底平面板包含连接器以连接一或多个风扇模块。风扇模块可持续运作及从基底平面板汲取电力而不需控制模块板连接。

附图说明

图1为一传统背板的俯视图；

图2为一些实施例中的分离伺服器背板示意图；

图3为一些实施例中，分离背板的控制模块板插入基底平面板的示意图；

图4为一些实施例中的分离伺服器背板与风扇模块的连接示意图。

符号说明

102背板电路板

104输入/输出槽

106风扇模块

108处理器板连接器

110集成电路板

112机箱连接器

202基底平面板

204机箱连接器

206控制模块连接器

208控制模块板

210集成电路

302基底平面板

304机箱连接器

306控制模块连接器

310控制模块板

312集成电路

400机箱

402基底平面板

404控制模块连接器

406强电连接器

408控制模块板

410缆线

412风扇模块

具体实施方式

本发明的各种实施例详细讨论如下，虽然讨论了特定的实施方式，应了解到仅是为了说明的目的而作。所述技术领域中具有通常知识者可理解到，在不偏离本发明的精神及范畴下，可以使用其他元件和配置。

在伺服器计算系统中，背板为电路和连接器的集合，配置以连接和控制多个互相平行的元件。背板通常采取电路板的形式，具有多个连接器以连接多个元件。在伺服器的环境中，可在服务器机柜提供背板。背板可包含连接器以连接多个在服务器机柜里的机箱，以达到交流的目的。背板也可包含用以连接电源供应器与各个机箱的连接器。来自机箱的电力可以从背板供应至一些对应于机箱的装置，例如附在服务器机柜上的风扇模块。因此背板也可以负责提供电力至风扇模块和对伺服器机柜运作重要的其他装置。换言之，机柜背板可用来控制在伺服器机柜中不同机箱和其他元件的操作。因此，一伺服器机柜背板就其本身的能力来说，实质上为一计算装置。

如上所述，在发生故障或失效的情况下，多数现有的伺服器机柜背板必须由其他背板所替换。然而，前述替换作业通常需要关闭与背板或任何其他元件连接的电源供应器。在一些情况下，这可能代表当预计将背板从机柜移除时，整个伺服器机柜的电力必须关闭，即便机柜中其他的背板可能完全正常运作。此外，如上所述，风扇模块可能也为机柜背板所控制。因此，即使电力可维持供应至机箱，但由于风扇关闭而缺少冷却，充电的机柜将缺乏适当的冷却而暴露于损坏的风险中。

如上所述，伺服器机柜背板为一计算装置。因此，一伺服器机柜背板将包括“强”元件和“弱”元件以施行其功能，如同其他种类的计算装置一般。强元件为通常不容易损坏或故障的电子元件，而弱元件则较易损坏或故障。对于所谓的弱元件来说，这些损坏或故障可能是由电压尖峰(voltagespikes)、欠压(under-voltage)、电力突波(powersurges)、过载电路(overloadedcircuits)等等所导致。通常“强”元件可为被动元件，包括电容、电阻、电感、变压器、二极管等。亦即，强元件可包含不能通过另一电信号控制能量的流动的被动元件。强元件也可包含不易损坏或故障的主动元件。然而，弱元件通常包括主动元件，因为它们通常是更容易故障的。主动元件可包含可通过电信号控制能量的流动的元件，例如晶体管和包含晶体管的元件，举例而言，控制模块和集成电路。

通常当一计算装置失效时，故障是由于弱元件的故障所导致。亦即，由于弱元件通常对于电压和电流的变化更为敏感、以及通常在不同的电压和电流之间切换，它通常会更容易损坏。在服务器机柜背板，同样类型的故障通常会被发现。举例来说，损坏的集成电路为背板故障的主要原因。然而，应注意的是，这些弱元件通常不包含于伺服器机柜中的元件的电力供应路径中。举例而言，风扇模块的电力是经由包括强、被动元件的一电路所提供。

基于前述内容，由于伺服器机柜背板的强元件通常不易故障，将弱元件由强元件隔离可使替换弱元件不需移除背板强元件以及供应至装置(例如风扇模块)的电力。

在本发明中，不易损坏或故障的强元件被放置于一基底平面板，而容易故障的弱元件则分离地放置于一控制模块板。控制模块板可简单地连接基底平面板或由基底平面板断开，且为可热插拔的，也就是说，可以在不关闭供应至基底平面板的电力的情况下，由基底平面板插入或移除控制模块板。换言之，这使得控制模块板得以由基底平面板换上和换下且使基底平面板持续运作和汲取电力。此设计具有这些优点。

主要来说，这提供了操作和维修伺服器极大的灵活性。而传统的背板设计当背板失效且需要替换时，需要包括关闭供应至整个机箱、背板、以及所有元件的电力，分离的背板设计则不需关闭整个伺服器机箱的电源。因此，由于本发明的基底平面板大致限制为强元件，基底平面板在弱元件失效时可持续操作。此外，其他伺服器系统的重要元件可持续接收电力和运作。举例而言，提供对于伺服器系统必要冷却效果的风扇可持续运作。相对地，当弱元件失效时，这些弱元件大致被限制于控制模块板。因此，要替换弱元件，仅需换下和替换控制模块板，而基底平面板则持续运转。这相较于前述传统设计具有更好的优点，因为其可使停机时间为零或趋近于零、最小化数据的损失或损坏、使必要的伺服器元件持续运作、以及通过随插即用的方式(plug-and-playfashion)快速替换元件。

虽然通常“强”和“弱”元件通常分别对应被动和主动元件，但元件主动和被动的分类在设计和效率的立场来看可能并非总有意义。在一些情况下，强元件可能包括不易故障或失效、或可重置的主动元件。亦即，这些“强”元件不需在每次故障时替换。因此，在一些配置下，这类型的主动元件可被放置于基底平面板，因为它们需替换的频率低于其他弱元件。换言之，本发明的设计可分离基底平面板和控制模块板之间的元件，因此只有替换频率最高的元件设置于控制模块板。

图1表示一传统背板设计的俯视图，有利于理解如何分离本发明基底平面板和控制模块板之间的元件。此附图绘制的传统背板常见于具有统一背板设计的伺服器，相异于本发明。一背板电路板102安设于一伺服器单元，且其经由机箱连接器112连接至机箱。背板电路板102包含若干个连接器，可连接元件至电路板并启动它们使其对伺服器产生功能。输入/输出(I/O)槽104提供若干个插槽使输入/输出板可被插入。在一些实施例中，这些可为网络卡和输入/输出装置的PCI热插拔槽。

若干个风扇模块106也可设置于背板电路板102。风扇模块106可考虑不易故障的强、被动元件。此外，重要的是在元件有故障事件或需要发生热插拔事件时，它们将持续运作，如同在伺服器运作时它们提供必要的冷却效果。

在这个实施例中，提供两个处理器板连接器108以与处理器板连接。这些是可能易于损坏或故障的弱、主动元件。集成电路板110也可连接至背板电路板102，且同样是易于损换的弱、主动元件。在所描述的传统背板设计中，其中一个集成电路板110或其中一个处理器板连接器108故障即会造成整体背板须移除、供应至整个背板或整个伺服器的电力需关闭、以及维修或移除失效元件发生的结果。这些结果在伺服器停机时，潜在数据损失或损坏，以及其他技术问题。

如即将讨论的，本发明提供对这些问题的一种解决方法，通过分离强元件和弱元件的分离背板设计的形式。

图2表示一些实施例中的分离背板设计示意图。如图2所示，一基底平面板202为构成一部分分离背板的一板件。基底平面板202包含若干个强电性元件的电连接器，包括电容、电阻、以及导体。基底平面板202可提供伺服器功能的管理。基底平面板202可以经由机箱连接器204连接至伺服器机箱。一旦机箱与基底平面板202连接，基底平面板202在大多数背板故障的情况下也不需移除。

在一些实施例中，基底平面板202可包括一电源供应器的一连接器，其中电源供应器提供电力至若干个与背板连接的元件。与电源供应器的连接可通过与伺服器机箱的连接所促成，前述连接可由机箱连接器204达成。在一些实施例中，基底平面板202也可包括一或多个额外的连接器，包括一或多个风扇模块的连接器，其中风扇模块对于伺服器的冷却效果是相当重要的。

一控制模块连接器206也存在于基底平面板202。控制模块连接器206提供基底平面板202和一控制模块板208之间的连接。

控制模块板208为一板件，例如一电路板，可附于基底平面板202而被供电且使元件可被启动。控制模块板208包含若干个主动元件的一或多个电连接器。在一些实施例中，主动元件可为集成电路210。在一些实施例中，主动元件可为控制元件。

图2所示的分离背板是设计为可热插拔的(hot-pluggable或hot-swappable)。特别的是，控制模块板208可从控制模块连接器206移除并替换另一控制模块板208。当控制模块板208被移除时，基底平面板202的元件和连接器如常运作。基底平面板202也持续从电源供应器汲取电力而不中断。因此，在控制模块板208被移除时，任何连接至基底平面板202的重要功能将持续提供其功能，例如风扇模块。

在一些实施例中，基底平面板202可包含一总线缓冲以允许控制模块板208插入正在作用、运转的基底平面板202而没有任何数据或元件损坏。在其他实施例中，突波防护可于电源供应器上提供以促进热插拔。热插拔电路可提供以额外促进控制模块板208的热插拔。

在许多背板故障的例子中，这个系统可以允许背板的强元件不中断地运作。由于弱元件所导致的故障可由移除和替换控制模块板208所修理，包括控制电路板208上的集成电路210，而基底平面板202和它的元件可如常作用。因此，分离背板设计允许可热插拔的控制模块板208。

在一些实施例中，多个控制模块板208可存在在单一基底平面板202上。亦即，多于一个控制模块板208可被启动且连接至基底平面板202，且在基底平面板202的强元件持续操作和汲取电力的情况下，每一个控制模块板208都可热插拔。这在故障事件提供了额外的灵活性和强度。

在一些实施例中，可存在多于一个相同的元件，以当作一个元件故障情况下的备用元件。在一额外的实施例中，这些复制元件可以同时在基底平面板202和控制模块板208提供。在一些实施例中，即使在替换元件以及移除控制模块板208期间，复制元件仍可持续运作，而不需中断持续从电源供应器汲取电力的基底平面板208。

接着请参阅图3，图3表示图2所示分离背板的示意图，其中控制模块板310暂时由基底平面板302移除。如图2，分离背板被示为具有基底平面板302和控制模块板310。机箱连接器304提供基底平面板302连接至伺服器机箱和电源供应器。基底平面板302上的控制模块连接器306提供一连接器使控制模块板310可附于其上，其中控制模块板310包括若干个集成电路312。然而，控制模块板310未与控制模块连接器306连接。在控制模块板310未连接时，基底平面板302持续运转。在控制模块板310未连接时，控制模块板310的集成电路312和其他元件停止运作。然而，由于基底平面板302和其重要功能持续运转，伺服器可持续运行且被背板经由多种方式所管理。

图4表示一些实施例，其中分离背板的控制模块板插入基底平面板。如图4所示，一基底平面板402连接于伺服器机柜的伺服器机箱400。基底平面板402从与伺服器机箱400连接的一电源供应器汲取电力。控制模块连接器404提供与控制模块板408的连接。控制模块板408包含若干个弱电子元件，例如集成电路，这些弱电子元件经由若干个电连接器附着。在图4中，控制模块板408未附于基底平面板402的控制模块连接器404。在一些实施例中，基底平面板402也包含一强电连接器406以连接风扇模块。缆线410将强电连接器406连接至一系列的风扇模块412。在一些实施例中，单一风扇模块412可连接至基底平面板402，而非一系列的风扇模块412。在其他实施例中，额外的强元件可以通过额外的强电连接器连接至基底平面板402。

在图4中，即使控制模块板408未连接，风扇模块412仍持续从基底平面板402汲取电力以及运作。这表示分离背板的热插拔功能允许控制模块板408在未关闭背板的电源或关闭重要功能的情况下被拔除，前述重要功能例如提供重要冷却功能以避免伺服器机柜损坏的风扇模块。在一般常见的例子中，一或多个集成电路可能会烧坏且需替换。这可能导致控制模块板408的故障。因此，当一或多个集成电路失效时，控制模块板408可被移除和修理，且多种伺服器功能可以持续地运作。

在一些实施例中，在一般正常运转时，控制模块板408控制风扇模块412的工作循环(dutycycle)。此工作循环可经由控制模块板408上的集成电路所控制。在需要更多的中央处理器冷却效果时，工作循环可增加，且当需要较少的中央处理器冷却效果时，工作循环可减少。在这样的实施例中，于控制模块板408被移除和替换的期间，控制风扇工作循环的电路不再作用，故风扇模块412也不再作用。然而，在一些实施例中，基底平面板402包含一电路，当从控制模块板408来的信号不再被接收到时，此电路可操作以传送信号至风扇模块412。因此，在控制模块板408不再控制风扇工作循环的情况下，仍可达到风扇模块412的完整功能。

在一些实施例中，单一机箱400包含具有多个基底平面板402和多个控制模块板408的多个所述背板。在另外的实施例中，以菊花链(daisy-chained)方式连至单一机柜的伺服器机箱400的通信电路可在控制模块板408上提供。然而，基底平面板402可配置提供一分流电路，当控制模块板408移除时启动。如此一来，即便控制模块板408被移除，多个机箱400之间的通信仍可维持。

在另外的实施例中，单一背板可在相互连结的伺服器群体中提供。本领域技术人员可以理解到本发明的分离背板的设计具有许多可行的不同配置和实施例。

虽然为了清楚理解的目的，上述例子被详细地描述，但本发明不限于所提供的细节。有许多实现本发明的可选的方式。所揭露的例子是用以说明性而非用以限定本发明。

Claims (15)

1.一种背板系统，包括：

多个元件，包括至少一强元件和至少一弱元件；

基底平面板，支持该至少一强元件且包括多个连接器和至少一控制模块连接器，其中该些连接器与该至少一强元件电性耦合；以及

控制模块板，支持该至少一弱元件且包括至少一电连接器，其中该至少一电连接器与该至少一弱元件电性耦合，该至少一控制模块连接器配置以与该控制模块板接合，

其中，通过接合该控制模块板与该基底平面板，该至少一强元件和该至少一弱元件耦合以定义该背板系统，且其中该控制模块板为可热插拔的。

2.如权利要求1所述的背板系统，其中该基底平面板经由一或多个机箱连接器连接至一机箱。

3.如权利要求1所述的背板系统，其中该至少一强元件包括风扇模块。

4.如权利要求3所述的背板系统，其中当该控制模块板被移除时，该风扇模块持续运作。

5.如权利要求1所述的背板系统，其中该至少一强元件包括电源供应器。

6.如权利要求5所述的背板系统，其中该控制模块板可在不关闭该电源供应器的情况下替换。

7.如权利要求1所述的背板系统，其中该控制模块板或该至少一弱元件的故障不影响该至少一强元件的运作。

8.如权利要求1所述的背板系统，其中该至少一弱元件包括控制元件。

9.一种背板系统，适用于一伺服器机箱，包括：

多个元件，包括至少一强元件和至少一弱元件；

基底平面板，经由一或多个机箱连接器与该伺服器机箱电性耦合，支持该至少一强元件且包括多个连接器和至少一控制模块连接器，其中该连接器与该至少一强元件电性耦合；以及

控制模块板，与该基底平面板电性耦合，支持该至少一弱元件且包括至少一电连接器，其中该电连接器与该至少一弱元件电性耦合，该至少一控制模块连接器配置以与该控制模块板接合，

其中，通过接合控制模块板与该基底平面板，该至少一强元件和该至少一弱元件耦合以定义该背板系统，且其中该控制模块板为可热插拔的。

10.如权利要求9所述的背板系统，其中该至少一强元件包括风扇模块。

11.如权利要求10所述的背板系统，其中当该控制模块板被移除时，该风扇模块持续运作。

12.如权利要求9所述的背板系统，其中该至少一强元件包括电源供应器。

13.如权利要求12所述的背板系统，其中该控制模块板可在不关闭该电源供应器的情况下替换。

14.如权利要求9所述的背板系统，其中该控制模块板或该至少一弱元件的故障不影响该至少一强元件的运作。

15.如权利要求9所述的背板系统，其中该至少一弱元件包括控制元件。