CN107577419A - 一种外置高端存储卡 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种外置高端存储卡,其特征在于,包括存储板卡,所述存储板卡设有Raid控制器和外置式连接器接口,外置式连接器接口连接外置式连接器,所述Raid控制器连接有DDR4缓存阵列、PCIE主机接口、外置式连接器、Firmware保存单元、数据保护单元、时钟单元和供电单元;所述数据保护单元与供电单元连接;外置式连接器与磁盘柜内的磁盘连接。通过一张板卡实现SAS/SATA/NVME磁盘的混合部署,节省主板PCIE开销,减小机箱布线复杂度,降低系统成本;而且完全依靠存储卡硬件实现NVME磁盘的Raid5/6/50/60等高端硬Raid功能,实现NVME盘的数据冗余保护。
Description
技术领域
本发明属于服务器存储技术领域,具体设计一种外置高端存储卡。
背景技术
随着云计算技术和大数据应用的发展,市场对服务器的功能要求越来越综合。既要求其搭配的传统SAS、SATA机械磁盘实现容量增加,也要求使用SSD特别是NVME SSD来实现高性能低延迟的应用。因此,混合部署SAS/SATA/NVME磁盘的服务器系统,市场需求越来越广泛。
实现服务器SAS/SATA/NVME磁盘混合部署的传统方案,通常必须使用两种板卡,一种是支持SAS/SATA盘的存储卡,另一种是支持NVME盘的PCIE Redriver/Retimer卡或PCIESwitch卡。
这种方案需要占用主板PCIE插槽多(至少2个),占用服务器空间大,实现成本高,而且功能上不支持NVME盘的Raid(Redundant Array of Independent Disks,即独立磁盘冗余阵列)功能,无法实现NVME盘的数据冗余保护,存在较多弊端。
发明内容
本发明的目的在于,为解决传统方案的弊端,本发明提供一种新型板卡即一种外置高端存储卡使只占用一个PCIE槽即可实现SAS/SATA/NVME磁盘混合部署,且实现NVME盘的Raid功能。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种外置高端存储卡,包括存储板卡本体,存储板卡上设有Raid控制器和外置式连接器接口,外置式连接器接口连接外置式连接器,所述Raid控制器连接有DDR4缓存阵列、PCIE主机接口、外置式连接器、Firmware保存单元、数据保护单元、时钟单元和供电单元;
所述数据保护单元与供电单元连接;外置式连接器与磁盘柜内的磁盘连接。
优选地,DDR4缓存阵列和Raid控制器通过DDR4高速数据总线连接;所述DDR4缓存阵列为主频2133MHz、总容量有1GB-16GB任意规格的多个DDR4缓存颗粒,并且DDR4缓存阵列带有ECC校验颗粒, DDR4缓存阵列为具有64bit数据总线,8bitECC总线的内存阵列,用于将读写磁盘时的数据缓存到存储板卡上以提高读写效率,以及用于Raid算法数据的计算处理。
优选地,所述Firmware保存单元包括FLASH电路模块,所述FLASH电路模块通过QSPI总线接口与Raid控制器连接。用于保存存储卡工作所需要的Firmware固件程序、记录工作日志等。
优选地,数据保护单元和Raid控制器通过FLASH接口相连;所述数据保护单元的核心为NAND FLASH电路模块;
所述NAND FLASH电路模块设有超级电容接口;所述NAND FLASH电路模块通过超级电容接口连接有超级电容。当服务器系统意外掉电发生时,Raid控制器将DDR4缓存阵列中的数据写入NAND FLASH存储器中,待系统供电恢复后,再将此数据回传到DDR4缓存阵列中,进行正常磁盘数据读写。
优选地,所述Raid控制器为型号为SAS3508的ROC芯片。
优选地,所述时钟单元通过石英晶体或时钟振荡芯片产生存储板卡所需的100MHz差分时钟源。
优选地,PCIE主机接口为PCIE金手指接口;所述PCIE金手指接口传输速率是8Gbps,带宽x8;用于实现服务器主板与存储板卡的通信连接,传输速度快且稳定。
优选地,所述供电单元,由多个电源芯片电路组成,将PCIE金手指接口传输过来的12V和3.3V通过电源芯片电压转换为2.5V、1.8V和1.2V输出电压用于给存储板卡上各个单元供电。
优选地,外置式连接器接口通过高速差分信号线与Raid控制器连接,传输数据的模式包括SAS、SATA和NVME;
所述外置式连接器包括外置式MiniSASHD、OCUlink、Slimline接口形态的高速连接器;所述外置式连接器数量为两个,分别为第一外置式连接器和第二外置式连接器。
存储板卡主要用于服务器、存储等系统外部互联使用,所述存储板卡设有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧;PCIE金手指接口设置在存储板卡的第四侧;所述第一外置连接器和第二外置连接器均设置在存储板卡的第一侧,便于连接线缆伸出机箱外。存储板卡通过外置式连接器可实现SAS和/或SATA磁盘直连,可支持8个磁盘,通过Expander板卡级联至多支持240个SAS和/或SATA磁盘;直连NVME磁盘时支持2个x4带宽或4个x2带宽盘,通过PCIESwitch板卡扩展时支持24个x4带宽盘。
本发明的有益效果在于,本发明提供的存储板卡使用SAS3508控制器,所支持的Firmware固件模式,是MR(MegaRaid)模式,该模式支持对SAS/SATA/NVME等3种磁盘实现RAID 0/1/5/6/10/50/60等Raid算法。本发明提供的存储板卡的DDR4缓存阵列,主频2133MHz,包括1GB-16GB多种容量规格;所使用的外置式连接器是可用于SAS/SATA/PCIE高速信号传输的各种类型的外置式MinisasHD、OCUlink、Slimilne连接器;通过一张板卡实现SAS/SATA/NVME磁盘的混合部署,节省主板PCIE开销,减小机箱布线复杂度,降低系统成本;而且完全依靠存储卡硬件实现NVME磁盘的Raid5/6/50/60等高端硬Raid功能,实现NVME盘的数据冗余保护。
此外,本发明设计原理可靠,结构简单,具有非常广泛的应用前景。
由此可见,本发明与现有技术相比,具有突出的实质性特点和显著地进步,其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本实施例提供的一种外置高端存储卡硬件组成示意图。
图2为本发明存储板卡上外置式连接器摆放位置示意图。
图3为本发明实施例1混合使用SAS/SATA/NVME磁盘混合直连应用实例示意图。
图4为本发明实施例2 NVME磁盘直连应用实例示意图。
图5为本发明实施例3全部使用SAS/SATA磁盘直连应用实例示意图。
图6为本发明实施例4使用PCIE Switch板卡及SAS expander板卡扩展应用实例示意图;
其中,1-存储板卡,2.1-第一外置式连接器,2.2-第二外置式连接器,3-数据保护单元,4-Raid控制器,5-DDR4缓存阵列,6-供电单元,7-时钟单元,8-Firmware保存单元,9-PCIE金手指连接器,10-SAS Expander板卡,11-PCIE Switch板卡。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述,以下实施例是对本发明的解释,而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1所示,一种外置高端存储卡,包括存储板卡1,所述存储板卡1上设有Raid控制器4和外置式连接器接口,外置式连接器接口连接有第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2,所述Raid控制器为型号为SAS3508的ROC芯片,所述Raid控制器4连接有DDR4缓存阵列5、PCIE金手指接口9、Firmware保存单元8、数据保护单元3、时钟单元7和供电单元6。
所述数据保护单元3与供电单元6连接;DDR4缓存阵列5和Raid控制器4通过DDR4高速数据总线连接;
所述Firmware保存单元8包括FLASH电路模块,所述FLASH电路模块通过QSPI总线接口与Raid控制器4连接。
数据保护单元3和Raid控制器4通过FLASH接口相连;所述数据保护单元3的核心为NAND FLASH电路模块;
所述NAND FLASH电路模块设有超级电容接口;所述NAND FLASH电路模块通过超级电容接口连接有超级电容。
所述时钟单元通过石英晶体或时钟振荡芯片产生存储板卡所需的100MHz差分时钟源。
所述供电单元,由多个电源芯片电路组成,将PCIE金手指接口传输过来的12V和3.3V通过电源芯片电压转换为2.5V、1.8V和1.2V输出电压用于给存储板卡的各个单元供电。
所述存储板卡1设有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧;PCIE金手指接口9设置在存储板卡1的第四侧;所述第一外置连接器2.1和第二外置连接器2.2均设置在存储板卡的第一侧,第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2在存储板卡上的设置方式如图2所示,如图2中A所示,存储板卡1上并排相邻设置第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2;如图2中B所示,存储板卡1的第一侧的上端设置第一外置式连接器2.1下端设置第二外置式连接器2.2。
第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2分别通过高速差分信号线与Raid控制器4连接,传输数据的模式包括SAS、SATA和NVME。
实施例1,如图1、图3所示,
在装配时,将PCIE金手指接口9插入主控服务器主板的PCIE槽中,存储板卡1通过第一外置式连接器2.1用外置屏蔽线缆与磁盘柜的4个SAS和/或SATA 磁盘连接;通过第二外置式连接器2.2用外置屏蔽线缆与磁盘柜的一个NVMEx4磁盘相连。
存储板卡1上并排相邻设置第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2, 如图2中A所示。
数据保护单元3通过超级电容接口接超级电容模块。
服务器通过存储卡板卡1对与外置式连接器接口相连的磁盘阵列做Raid算法。服务器正常工作时,会将数据写入磁盘。因为读写磁盘的速度较慢,需要先将数据写入存储板卡DDR4缓存阵列5中,待磁盘空闲时,存储板卡1会将此数据写回磁盘。DDR4缓存阵列5缓存容量越大,写入磁盘数据的次数越少,读写性能越高。
服务器正常工作时,会将磁盘数据读出,暂存于DDR4缓存阵列5中,待服务器空闲时上传。
服务器出现意外断电,存储板卡会启用超级电容保护功能,将DDR4缓存阵列5中的数据写入数据保护单元3中的NAND FLASH模块,FLASH保存数据不会丢失,待供电恢复后,再将数据迁移会存储卡DDR4缓存阵列5中,重新开始读写磁盘。
实施例2,如图4所示,所述存储板卡1设有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧;PCIE金手指接口9设置在存储板卡1的第四侧;所述第一外置连接器2.1和第二外置连接器2.2均设置在存储板卡的第一侧;存储板卡1通过第一外置式连接器2.1用外置屏蔽线缆与磁盘柜的2个NVMEx2磁盘连接;通过第二外置式连接器2.2用外置屏蔽线缆与磁盘柜的一个NVMEx4磁盘相连。
存储板卡1上并排相邻设置第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2, 如图2中A所示。
实施例3,如图5所示,所述存储板卡1设有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧;PCIE金手指接口9设置在存储板卡1的第四侧;所述第一外置连接器2.1和第二外置连接器2.2均设置在存储板卡的第一侧;存储板卡1通过第一外置式连接器2.1用外置屏蔽线缆与磁盘柜的4个SAS和/或SATA 磁盘连接;通过第二外置式连接器2.2用外置屏蔽线缆与磁盘柜的4个SAS和/或SATA 磁盘相连。
存储板卡1上并排相邻设置第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2, 如图2中A所示。
实施例4,如图6所示,所述存储板卡1设有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧;PCIE金手指接口9设置在存储板卡1的第四侧;所述第一外置连接器2.1和第二外置连接器2.2均设置在存储板卡的第一侧;存储板卡1的第一外置式连接器2.1用于传输NVME信号,第二外置式连接器2.1用于传输SAS信号,第一外置式连接器2.1通过外置线缆连接扩展应用磁盘柜中的PCIE Switch板卡;第二外置式连接器2.2通过外置线缆连接扩展应用磁盘柜中的SAS Expander板卡。所述外置线缆对电磁干扰具有良好的屏蔽功能。存储板卡1上并排相邻设置第一外置式连接器2.1和第二外置式连接器2.2, 如图2中A所示。
扩展应用磁盘柜中的PCIE Switch板卡通过SFF8639连接器连接NVME磁盘;SASExpander板卡通过SFF8680连接器连接SAS和/或SATA磁盘。
PCIE Switch板卡通过SFF8639连接器可以支持24个NVME磁盘;SAS Expander板卡通过SFF8680连接器可以支持240个SAS和/或SATA磁盘,升级软件可以支持更多。
英文缩写:PCIE
英文全称:Peripheral Component Interconnect Express
中文全称:外围部件互联扩展总线
英文缩写:SAS
英文全称:Serial Attached SCSI
中文全称:串行连接SCSI总线,是一种磁盘互联技术
英文缩写:SATA
英文全称:Serial Advanced Technology Attachment
中文全称:串行连接ATA总线,是一种磁盘互联技术
英文缩写 NVME
英文全称:Non-Volatile Memory express
中文全称:非易失缓存扩展总线,是一种固态磁盘互联技术
英文缩写:Raid
英文全称:Redundant Arrays of Independent Disks
中文全称:独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列
以上公开的仅为本发明的优选实施方式,但本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化,以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰,都应落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种外置高端存储卡,其特征在于,包括存储板卡本体,存储板卡上设有Raid控制器和外置式连接器接口,外置式连接器接口连接有外置式连接器;
所述Raid控制器连接有DDR4缓存阵列、PCIE主机接口、外置式连接器、Firmware保存单元、数据保护单元、时钟单元和供电单元;
所述数据保护单元与供电单元连接;
外置式连接器与磁盘柜内的磁盘连接。
2.根据权利要求1所述的一种外置高端存储卡,其特征在于,DDR4缓存阵列和Raid控制器通过DDR4高速数据总线连接;
外置式连接器接口通过高速差分信号线与Raid控制器连接。
3.根据权利要求2所述的一种外置高端存储卡,其特征在于,所述Firmware保存单元包括FLASH电路模块,所述FLASH电路模块通过QSPI总线接口与Raid控制器连接;
数据保护单元和Raid控制器通过FLASH接口相连;所述数据保护单元的核心为NANDFLASH电路模块。
4.根据权利要求3所述的一种外置高端存储卡,其特征在于,所述NAND FLASH电路模块设有超级电容接口;所述NAND FLASH电路模块通过超级电容接口连接有超级电容。
5.根据权利要求3或4所述的一种外置高端存储卡,其特征在于,所述时钟单元通过石英晶体或时钟振荡芯片产生存储板卡所需的100MHz差分时钟源。
6.根据权利要求1所述的一种外置高端存储卡,其特征在于, PCIE主机接口为PCIE金手指接口;
所述供电单元,由多个电源芯片电路组成,将PCIE金手指接口传输过来的电压通过电源芯片转换为存储板卡所需电压。
7.根据权利要求6所述的一种外置高端存储卡,其特征在于,所述Raid控制器为型号为SAS3508的ROC芯片。
8.根据权利要求7所述的一种外置高端存储卡,其特征在于, 所述外置式连接器包括外置式MiniSASHD、OCUlink、Slimline接口形态的高速连接器;所述外置式连接器数量为两个,分别为第一外置式连接器和第二外置式连接器。
9.根据权利要求8所述的一种外置高端存储卡,其特征在于,所述存储板卡设有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧;
PCIE金手指接口设置在存储板卡的第四侧;所述第一外置连接器和第二外置连接器均设置在存储板卡的第一侧。
10.根据权利要求9所述的一种外置高端存储卡,其特征在于,存储板卡支持通过Expander板卡扩展支持240个SAS和/或SATA磁盘;
存储板卡通过PCIE Switch板卡扩展支持24个x4带宽NVME磁盘。
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