CN109933554B - 一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置，包括：基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置包括PCIe Redriver卡、高速Cable和NVMe Box，PCIe Redriver卡与高速Cable连接，高速Cable与NVMe Box连接；PCIe Redriver卡连接GPU服务器机头增强并传输GPU服务器的PCIe信号给高速Cable；高速Cable高速传输PCIe信号给NVMe Box；NVMe Box扩展PCIe信号以扩展连接NVMe硬盘。可见，既满足存储容量的需求，也满足高存储读写速度的需求，提升AI或HPC等应用场景的业务性能，更好的适用于AI或HPC等应用场景。

Description

一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置。

背景技术

随着计算机科学技术的快速发展，越来越多的场景需要采用GPU服务器，尤其是2U多GPU服务器。2U多GPU服务器中的CPU与GPU之间多是采用Nvlink进行互联，以提升CPU与GPU之间的通信速率，从而更好地应用于人工智能(英文：Artificial Intelligence，缩写：AI)或高性能计算(英文：High Performance Computing，缩写：HPC)等应用场景。

然而应用AI或HPC等应用场景的2U多GPU服务器往往需要更大存储容量以及更高存储读写速度。基于存储容量和存储读写速度的需求，传统地，一般是在2U多GPU服务器上使用SATA或NVMe硬盘；或者，针对2U多GPU服务器使用Raid卡外接存储设备。

发明人经过研究发现，由于2U多GPU服务器自身限制，可使用的SATA或NVMe硬盘的数量较少，难以满足更大存储容量及更高存储读写速度的需求；使用Raid卡外接存储设备虽然可以满足更大存储容量的需求，但是难以满足更高存储读写速度，从而使得2U多GPU服务器无法更好的适用于AI或HPC等应用场景。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是，提供一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置，GPU服务器可以其可外接更多数量的NVMe硬盘，既满足更大存储容量的需求，也满足高存储读写速度的需求，从而提升AI或HPC等应用场景的业务性能，更好的适用于AI或HPC等应用场景。

本申请实施例提供了一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置，该装置包括：

PCIe Redriver卡、高速Cable和NVMe Box，所述PCIe Redriver卡与所述高速Cable连接，所述高速Cable与所述NVMe Box连接；

所述PCIe Redriver卡，用于连接GPU服务器机头增强并传输所述GPU服务器的PCIe信号给所述高速Cable；

所述高速Cable，用于高速传输所述PCIe信号给所述NVMe Box；

所述NVMe Box，用于扩展所述PCIe信号以扩展连接NVMe硬盘。

可选的，所述PCIe Redriver卡通过所述GPU服务器机头的PCIe x16Slot连接所述GPU服务器，增强并传输所述GPU服务器的PCIe x16信号给所述高速Cable。

可选的，所述PCIe Redriver卡包括4个第一高速Cable接口，每个所述第一高速Cable接口用于传输PCIe x4信号；或，所述PCIe Redriver卡包括2个第二高速Cable接口，每个所述第二高速Cable接口用于传输PCIe x8信号。

可选的，所述高速Cable为Minisas HD cable。

可选的，所述NVMe Box包括PCIe Riser接收卡、PCIe Switch板、硬盘背板和供电板。

可选的，所述PCIe Riser接收卡用于接收所述PCIe信号传输给所述PCIe Switch板，所述PCIe Switch板用于扩展所述PCIe信号，所述硬盘背板用于外接所述NVMe硬盘。

可选的，若所述PCIe Redriver卡包括4个所述第一高速Cable接口，则所述PCIeRiser接收卡包括4个PCIe x4接口，每个所述PCIe x4接口用于接收PCIe x4信号；若所述PCIe Redriver卡包括2个所述第二高速Cable接口，则所述PCIe Riser接收卡包括2个PCIex8接口，每个所述PCIe x8接口用于接收PCIe x8信号。

可选的，所述NVMe硬盘扩展装置包括2个所述PCIe Redriver卡、1个所述高速Cable和1个所述NVMe Box，所述NVMe Box包括2个所述PCIe Riser接收卡、1个所述PCIeSwitch板、1个所述硬盘背板和1个所述供电板。

可选的，所述2个所述PCIe Redriver卡连接相同所述GPU服务器机头，或，所述2个PCIe Redriver卡连接不同所述GPU服务器机头。

可选的，若2个所述PCIe Redriver卡均包括4个所述第一高速Cable接口，所述PCIe Switch板用于接收2组所述PCIe x16信号扩展为16组所述PCIe x4信号，以便所述硬盘背板外接16个PCIe x4NVMe硬盘。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

采用本申请实施例的技术方案，基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置包括PCIeRedriver卡、高速Cable和NVMe Box，所述PCIe Redriver卡与所述高速Cable连接，所述高速Cable与所述NVMe Box连接；所述PCIe Redriver卡用于连接GPU服务器机头增强并传输所述GPU服务器的PCIe信号给所述高速Cable；所述高速Cable用于高速传输所述PCIe信号给所述NVMe Box；所述NVMe Box用于扩展所述PCIe信号以扩展连接NVMe硬盘。由此可见，NVMe硬盘扩展装置采用PCIe Redriver卡和高速Cable连接NVMe Box，GPU服务器可以通过NVMe Box扩展其PCIe信号以外接更多数量的NVMe硬盘，既可以满足更大存储容量的需求，也可以满足高存储读写速度的需求，从而提升AI或HPC等应用场景的业务性能，采用NVMe硬盘扩展装置扩展外接更多数量的NVMe硬盘的GPU服务器更好的适用于AI或HPC等应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述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申请中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请实施例中一种应用场景所涉及的系统框架示意图；

图2为本申请实施例提供的一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

由于应用AI或HPC等应用场景的2U多GPU服务器中的CPU与GPU之间多是采用Nvlink进行互联，往往需要更大存储容量以及更高存储读写速度。基于存储容量和存储读写速度的需求，一般是在2U多GPU服务器上使用SATA或NVMe硬盘；或者，针对2U多GPU服务器使用Raid卡外接存储设备。但是，发明人经过研究发现，由于2U多GPU服务器自身限制，可使用的SATA或NVMe硬盘的数量较少，难以满足更大存储容量及更高存储读写速度的需求；使用Raid卡外接存储设备虽然可以满足更大存储容量的需求，但是难以满足更高存储读写速度，从而使得2U多GPU服务器无法更好的适用于AI或HPC等应用场景

为了解决这一问题，在本申请实施例中，基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置包括PCIe Redriver卡、高速Cable和NVMe Box，所述PCIe Redriver卡与所述高速Cable连接，所述高速Cable与所述NVMe Box连接；所述PCIe Redriver卡用于连接GPU服务器机头增强并传输所述GPU服务器的PCIe信号给所述高速Cable；所述高速Cable用于高速传输所述PCIe信号给所述NVMe Box；所述NVMe Box用于扩展所述PCIe信号以扩展连接NVMe硬盘。由此可见，NVMe硬盘扩展装置采用PCIe Redriver卡和高速Cable连接NVMe Box，GPU服务器可以通过NVMe Box扩展其PCIe信号以外接更多数量的NVMe硬盘，既可以满足更大存储容量的需求，也可以满足高存储读写速度的需求，从而提升AI或HPC等应用场景的业务性能，采用NVMe硬盘扩展装置扩展外接更多数量的NVMe硬盘的GPU服务器更好的适用于AI或HPC等应用场景。

举例来说，本申请实施例的场景之一，可以是应用到如图1所示的场景中，该场景包括GPU服务器101、NVMe硬盘扩展装置102和NVMe硬盘集103。其中，NVMe硬盘集103包括多个NVMe硬盘；NVMe硬盘扩展装置102一端与GPU服务器101连接，另一端与NVMe硬盘集103中的NVMe硬盘连接，即，GPU服务器101通过NVMe硬盘扩展装置102扩展外接NVMe硬盘集103中的NVMe硬盘；

NVMe硬盘扩展装置102包括PCIe Redriver卡、高速Cable和NVMe Box，PCIeRedriver卡一端与GPU服务器101机头连接，另一端与高速Cable连接，高速Cable再与NVMeBox连接；PCIe Redriver卡用于连接GPU服务器机头增强并传输GPU服务器的PCIe信号给高速Cable；高速Cable用于高速传输PCIe信号给NVMe Box；NVMe Box用于扩展PCIe信号以对应扩展连接NVMe硬盘集103中的NVMe硬盘。

可以理解的是，上述场景仅是本申请实施例提供的一个场景示例，本申请实施例并不限于此场景。

下面结合附图，通过实施例来详细说明本申请实施例中基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置的具体实现方式。

示例性装置

参见图2，示出了本申请实施例中一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置的结构示意图。在本实施例中，所述NVMe硬盘扩展装置例如具体可以包括：

PCIe Redriver卡201、高速Cable202和NVMe Box203，所述PCIe Redriver卡201与所述高速Cable202连接，所述高速Cable202与所述NVMe Box203连接；

所述PCIe Redriver卡201，用于连接GPU服务器机头增强并传输所述GPU服务器的PCIe信号给所述高速Cable202；

所述高速Cable202，用于高速传输所述PCIe信号给所述NVMeBox203；

所述NVMe Box203，用于扩展所述PCIe信号以扩展连接NVMe硬盘。

可以理解的是，为了满足应用AI或HPC等应用场景的GPU服务器更大存储容量以及更高存储读写速度的需求，基于常用2U多GPU服务器自身限制，需要连接更多数量的NVMe硬盘，则考虑针对GPU服务器外接可扩展GPU服务器的PCIe信号的NVMe Box203，以便通过NVMeBox203连接更多数量的NVMe硬盘。为了使得GPU服务器可以连接NVMe Box203，则需要通过增强传输GPU服务器的PCIe信号的PCIe Redriver卡201和高速传输GPU服务器的PCIe信号的高速Cable202。

需要说明的是，考虑到更大存储容量以及更高存储读写速度的需求，基于GPU服务器机头一般具有PCIe x16Slot，则NVMe硬盘扩展装置中的PCIe Redriver卡201可以插入PCIe x16Slot连接GPU服务器机头，用于增强并传输所述GPU服务器的PCIe x16信号给高速Cable202，从而实现NVMe硬盘扩展装置与GPU服务器的连接。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，所述PCIe Redriver卡201通过所述GPU服务器机头的PCIe x16Slot连接所述GPU服务器，增强并传输所述GPU服务器的PCIe x16信号给所述高速Cable202。

需要说明的是，由于上述PCIe Redriver卡201插入PCIe x16Slot连接GPU服务器机头，需要增强并传输GPU服务器的PCIe x16信号，其中，PCIe Redriver卡是通过高速Cable接口连接高速Cable传输PCIe x16信号，为了提高PCIe x16信号的传输速度，一般是PCIe x16信号分开采用不同高速Cable进行传输，例如可以是将PCIe x16信号分为4个PCIex4信号或者2个PCIe x8信号，则PCIe Redriver卡201需要具备对应的高速Cable接口。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，所述PCIe Redriver卡201包括4个第一高速Cable接口，每个所述第一高速Cable接口用于传输PCIe x4信号；或，所述PCIe Redriver卡201包括2个第二高速Cable接口，每个所述第二高速Cable接口用于传输PCIe x8信号。

基于上述说明，若所述PCIe Redriver卡201包括4个第一高速Cable202接口，则高速Cable202包括4根第一高速Cable；每个第一高速Cable用于传输PCIe x4信号；若所述PCIe Redriver卡201包括2个第二高速Cable接口，则高速Cable202包括2根第二高速Cable；每个第二高速Cable用于传输PCIe x8信号。

需要说明的是，高速Cable202的作用是高速传输PCIe Redriver卡201增强传输的PCIe信号，则可以考虑具有较高传输性能的Minisas HD cable。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，所述高速Cable202包括Minisas HD cable。

需要说明的是，NVMe Box203的作用是接收高速Cable202传输的PCIe信号并进行扩展，以便外接更多数量的NVMe硬盘，则NVMe Box203需要具备可接收PCIe信号的PCIeRiser接收卡、可扩展PCIe信号的PCIe Switch板、可外接NVMe硬盘的硬盘背板以及提供电能的供电板。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，所述NVMe Box203包括PCIe Riser接收卡、PCIe Switch板、硬盘背板和供电板；所述PCIe Riser接收卡用于接收所述PCIe信号传输给所述PCIe Switch板，所述PCIe Switch板用于扩展所述PCIe信号，所述硬盘背板用于外接所述NVMe硬盘。

需要说明的是，由于PCIe Riser接收卡的作用是接收高速Cable202传输的PCIe信号，并传输给PCIe Switch板，则需要具备与PCIe Redriver卡201对应的高速Cable接口，以便对应连接高速Cable202中的高速Cable。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，若所述PCIe Redriver卡201包括4个所述第一高速Cable接口，则所述PCIe Riser接收卡包括4个PCIe x4接口，每个所述PCIe x4接口用于接收PCIe x4信号；若所述PCIe Redriver卡201包括2个所述第二高速Cable接口，则所述PCIe Riser接收卡包括2个PCIe x8接口，每个所述PCIe x8接口用于接收PCIe x8信号。

例如，如图3所示的另一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置的结构示意图。所述NVMe硬盘扩展装置例如具体可以包括1个PCIe Redriver卡201、1个高速Cable301和1个NVMe Box302，所述PCIe Redriver卡201与所述高速Cable301连接，所述高速Cable301与所述NVMe Box302连接。其中，所述PCIe Redriver卡201包括4个第一高速Cable接口；高速Cable301包括4根第一高速Cable；所述NVMe Box302包括1个PCIe Riser接收卡、1个PCIeSwitch板、1个硬盘背板和1个供电板，所述PCIe Riser接收卡包括4个PCIe x4接口。

还需要说明的是，为了使得应用AI或HPC等应用场景的GPU服务器具有更大存储容量以及更高存储读写速度，考虑到NVMe硬盘扩展装置的成本、扩展性能限制等等各方面因素，NVMe Box可以包括2个PCIe Riser接收卡，则对应的NVMe硬盘扩展装置可以包括2个PCIe Redriver卡。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，所述NVMe硬盘扩展装置包括2个所述PCIe Redriver卡，PCIe Redriver卡、1个所述高速Cable和1个所述NVMe Box，所述NVMe Box包括2个所述PCIe Riser接收卡、1个所述PCIe Switch板、1个所述硬盘背板和1个所述供电板。需要注意的是，1个所述高速Cable所包括的高速Cable数量需要和2个PCIeRedriver卡和2个PCIe Riser接收卡匹配。

其中，需要说明的是，2个PCIe Redriver卡既可以连接相同GPU服务器机头，从而更快速地提高存储读写速度；也可以连接不同GPU服务器机头，使得不同GPU服务器共用1个NVMe硬盘扩展装置中的NVMe Box。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，所述2个所述PCIe Redriver卡连接相同所述GPU服务器机头，或，所述2个PCIe Redriver卡连接不同所述GPU服务器机头。

需要说明的是，针对2个PCIe Redriver卡和2个PCIe Riser接收卡，当每个PCIeRedriver卡均包括4个第一高速Cable接口，每个第一高速Cable接口卡传输1组PCIe x4信号，每个PCIe Riser接收卡包括4个PCIe x4接口，每个PCIe x4接口接收1组PCIe x4信号；对于PCIe Switch板而言，其接收2组PCIe x16信号，根据其扩展性能可扩展为16组PCIe x4信号，则可通过硬盘背板外接16个PCIe x4NVMe硬盘。因此，在本申请实施例的一些实施方式中，若2个所述PCIe Redriver卡均包括4个所述第一高速Cable接口，所述PCIe Switch板用于接收2组所述PCIe x16信号扩展为16组所述PCIe x4信号，以便所述硬盘背板外接16个PCIe x4NVMe硬盘。

例如，如图4所示的另一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置的结构示意图。所述NVMe硬盘扩展装置例如具体可以包括2个PCIe Redriver卡201、1个高速Cable401和1个NVMe Box402，所述PCIe Redriver卡201与所述高速Cable401连接，所述高速Cable401与所述NVMe Box402连接。其中，每个所述PCIe Redriver卡201包括4个第一高速Cable接口；高速Cable401包括8根第一高速Cable；所述NVMe Box402包括2个PCIe Riser接收卡、1个PCIeSwitch板、1个硬盘背板和1个供电板，每个所述PCIe Riser接收卡包括4个PCIe x4接口。

通过本实施例提供的各种实施方式，基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置包括PCIe Redriver卡、高速Cable和NVMe Box，所述PCIe Redriver卡与所述高速Cable连接，所述高速Cable与所述NVMe Box连接；所述PCIe Redriver卡用于连接GPU服务器机头增强并传输所述GPU服务器的PCIe信号给所述高速Cable；所述高速Cable用于高速传输所述PCIe信号给所述NVMe Box；所述NVMe Box用于扩展所述PCIe信号以扩展连接NVMe硬盘。由此可见，NVMe硬盘扩展装置采用PCIe Redriver卡和高速Cable连接NVMe Box，GPU服务器可以通过NVMe Box扩展其PCIe信号以外接更多数量的NVMe硬盘，既可以满足更大存储容量的需求，也可以满足高存储读写速度的需求，从而提升AI或HPC等应用场景的业务性能，采用NVMe硬盘扩展装置扩展外接更多数量的NVMe硬盘的GPU服务器更好的适用于AI或HPC等应用场景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种基于GPU服务器的NVMe硬盘扩展装置，其特征在于，包括：PCIe Redriver卡、高速Cable和NVMe Box，所述PCIe Redriver卡与所述高速Cable连接，所述高速Cable与所述NVMe Box连接；

所述PCIe Redriver卡，用于连接GPU服务器机头增强并传输所述GPU服务器的PCIe信号给所述高速Cable；

所述高速Cable，用于高速传输所述PCIe信号给所述NVMe Box；

所述NVMe Box，用于扩展所述PCIe信号以扩展连接NVMe硬盘；

其中，所述NVMe硬盘扩展装置包括2个所述PCIe Redriver卡、1个所述高速Cable和1个所述NVMe Box，所述NVMe Box包括2个PCIe Riser接收卡、1个PCIe Switch板、1个硬盘背板和1个供电板；所述2个PCIe Redriver卡连接不同所述GPU服务器机头，所述PCIe Riser接收卡用于接收所述PCIe信号传输给所述PCIe Switch板，所述PCIe Switch板用于扩展所述PCIe信号，所述硬盘背板用于外接所述NVMe硬盘；

所述PCIe Redriver卡包括4个第一高速Cable接口，每个所述第一高速Cable接口用于传输PCIe x4信号，则所述PCIe Riser接收卡包括4个PCIe x4接口，每个所述PCIe x4接口用于接收PCIe x4信号；或，所述PCIe Redriver卡包括2个第二高速Cable接口，每个所述第二高速Cable接口用于传输PCIe x8信号，则所述PCIe Riser接收卡包括2个PCIe x8接口，每个所述PCIe x8接口用于接收PCIe x8信号。

2.根据权利要求1所述的NVMe硬盘扩展装置，其特征在于，所述PCIe Redriver卡通过所述GPU服务器机头的PCIe x16 Slot连接所述GPU服务器，增强并传输所述GPU服务器的PCIe x16信号给所述高速Cable。

3.根据权利要求1所述的NVMe硬盘扩展装置，其特征在于，所述高速Cable为MinisasHD cable。

4.根据权利要求1所述的NVMe硬盘扩展装置，其特征在于，若2个所述PCIe Redriver卡均包括4个所述第一高速Cable接口，所述PCIe Switch板用于接收2组所述PCIe x16信号扩展为16组所述PCIe x4信号，以便所述硬盘背板外接16个PCIe x4 NVMe硬盘。

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