CN110852931A - 一种适用于vpx架构的高性能cpu刀片装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于VPX架构的高性能CPU刀片装置，属于VPX架构刀片装置技术领域。本发明的装置实现了国产FT1500A‑16处理器与高性能嵌入式GPU AMD E9171的适配，弥补了国产处理器在2D/3D图形显示处理和高分辨率输出方面的不足，通过高速PCIE3.0 Switch PM8541实现了两路40G或SRIO X4高速数据流在FT1500A‑16处理器、GPU AMD E9171以及VIRTEX‑7 FPGA三者之间的低延迟高速率传输和交换，系统总带宽可以达到100G以上，通过BMC管理芯片LPC2148可以实现刀片装置的故障上报、开机自检、运行状态自检功能，可以向用户软件输出电流、电压、主芯片温度、操作系统及版本、固件版本等信息的软件接口。

Description

一种适用于VPX架构的高性能CPU刀片装置
技术领域
本发明属于VPX架构刀片装置技术领域，具体涉及一种适用于VPX架构的高性能CPU刀片装置。
背景技术
VPX架构作为VME架构的升级和替代，一经推出，就得到了军事、航空航天等高端应用领域的青睐。VPX架构，可以支持高速的互联及串行交换机结构，如SRIO、PCIE等，能够满足最苛刻的计算机模块和数字信号处理模块的要求。与此同时，受欧美国家的技术垄断，国产处理器发展缓慢，特别是应用国产CPU的高性能计算刀片，国内技术还很不成熟。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：现有VPX架构下国产处理器性能不佳的不足，具体来讲就是系统带宽太低，难以处理高速高带宽的数据流的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于VPX架构的高性能CPU刀片装置，包括FT1500A-16处理器CPU、嵌入式GPUAMD E9171、VIRTEX-7 FPGA、PCIE交换芯片PCIE3.0 Switch PM8541，前三者通过高速PCIE3.0 Switch互联；
其中，FT1500A-16处理器用于负责数据流的管控和调度，AMD E9171用于负责计算和2D、3D图形显示处理，VIRTEX-7 FPGA用于对输入的数据流进行缓存和预处理，然后通过PCIE3.0 Switch PM8541进行数据流在FT1500A-16处理器和AMD E9171之间的交换。
优选地，还包括BMC管理芯片，FT1500A-16处理器还用于通过BMC管理芯片进行刀片装置的BMC健康管理。
优选地，所述BMC管理芯片为LPC2148。
优选地，FT1500A-16处理器作为RC连接到PCIE 3.0Switch PM8541的Upstream端口，访问同一交换分区的EP设备EP1、EP2、EP3以及扩展的PCIE3.0 X16；GPU AMD E9171作为VIRTEX-7FPGA的EP设备，化在同一个交换分区，GPUAMD E9171通过非透明桥NTBs与FT1500A-16处理器进行通信。
优选地，VIRTEX-7 FPGA对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通道进行处理。
优选地，该装置可同时处理40G、SRIO X4共2路数据流。
本发明还提供了一种所述的装置实现数据处理的方法，包括以下步骤：
步骤一，PCIE3.0 Switch PM8541下，FT1500A-16处理器作为ROOT，VIRTEX-7 FPGA被设置为EP，GPU AMD E9171也被设置为EP；
步骤二，FT1500A-16处理器通过PCIE3.0 Switch PM8541对VIRTEX-7 FPGA进行配置，对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通道进行处理；
步骤三，FT1500A-16处理器通过对VIRTEX-7 FPGA预处理数据的分析，命令GPUAMD E9171经过PCIE3.0 Switch PM8541取走其中与图形计算和加速相关的数据；
步骤四，FT1500A-16处理器把需要进行图形显示的数据，通过PCIE3.0 SwitchPM8541送给GPUAMD E9171；
步骤五，FT1500A-16处理器通过LPC2148实时监控数据处理的全过程。
优选地，步骤二FT1500A-16处理器对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通道进行处理时，一个通道是，直接用VIRTEX-7 FPGA的PCIE3.0接口处理数据流，前提是先将输入的40G和SRIO X4转换成PCIE3.0的数据包；另一个通道是，用VIRTEX-7FPGA的接口GTH直接接收40G和SRIO X4，再进行缓存处理。
(三)有益效果
本发明的装置实现了国产FT1500A-16处理器与高性能嵌入式GPU AMD E9171的适配，弥补了国产处理器在2D/3D图形显示处理和高分辨率输出方面的不足，通过高速PCIE3.0 Switch PM8541实现了两路40G或SRIO X4高速数据流在FT1500A-16处理器、GPUAMD E9171以及VIRTEX-7 FPGA三者之间的低延迟高速率传输和交换，系统总带宽可以达到100G以上，通过BMC管理芯片LPC2148可以实现刀片装置的故障上报、开机自检、运行状态自检功能，可以向用户软件输出电流、电压、主芯片温度、操作系统及版本、固件版本等信息的软件接口。
附图说明
图1为本发明实施例的方法所基于的高性能国产CPU刀片装置原理框图；
图2为本发明实施例的方法所基于的PCIE3.0 Switch原理框图；
图3为本发明实施例的方法所基于的VIRTEX-7 FPGA数据流预处理原理框图；
图4为本发明实施例的装置实现的数据处理逻辑流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
结合图1所示的高性能国产CPU刀片装置原理框图、图2所示的PCIE3.0 Switch原理框图，图3所示的VIRTEX-7 FPGA数据流预处理原理框图以及图4所示数据处理逻辑流程图，下面对本发明方法作进一步描述。
如图1所示，该装置采用CPU+GPU+FPGA的架构，包括国产FT1500A-16处理器CPU、高性能嵌入式GPU AMD E9171、高性能VIRTEX-7 FPGA、高速PCIE交换芯片PCIE3.0 SwitchPM8541以及BMC管理芯片LPC2148，前三者通过高速PCIE3.0 Switch互联；
其中，FT1500A-16处理器用于负责大数据流的管控和调度，AMD E9171用于负责高速密集计算和2D/3D图形显示(VGA、DVI和DP)处理，VIRTEX-7 FPGA用于对输入的高速数据流进行缓存和预处理，然后通过高速PCIE3.0 Switch PM8541进行数据流在FT1500A-16处理器和AMD E9171之间的交换，FT1500A-16处理器还用于通过LPC2148进行刀片装置的BMC健康管理。
该高性能国产CPU刀片装置可以同时处理40G、SRIO X4共2路高速数据流。
所述国产FT1500A-16处理器，主频可达1.5GHz，集成4个DDR3 SDRAM，支持ECC校验功能，速率可达1600Mbytes，内存16GB(颗粒焊装)，集成32Lane PCI Express v3.0接口，最多支持4个PCIE root complex。
所述高性能嵌入式GPU AMD E9171，采用北极星架构，拥有八个计算单元，峰值运算能力可达1.2TFLOPS，主频1219MHz，4GB GDDR5显存，具备2D/3D图形引擎，支持多达五个显示输出，支持60Hz 4K分辨率。
如图2所示，PCIE3.0 Switch PM8541符合PCI Express Gen3规范，支持多达96个lanes，48个ports，24个交换分区以及48个非透明桥NTBs。国产FT1500A-16处理器作为RC连接到PCIE 3.0Switch PM8541的Upstream端口(端口0)，它可以高速访问同一交换分区的EP设备EP1、EP2、EP3以及扩展的PCIE3.0 X16；GPU AMD E9171作为VIRTEX-7 FPGA的EP设备，化在同一个交换分区，GPU AMD E9171可以通过非透明桥NTBs与国产FT1500A-16处理器进行通信。
如图3所示，VIRTEX-7 FPGA支持PCIE3.0 X8，支持多达96路高速GTH接口，单路速率可达28Gb/s，其中GTH可以支持PCIE3.0，40G(XLAUI)以及SRIO等应用。对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通过进行处理。一个通道是，直接用VIRTEX-7 FPGA的PCIE3.0接口处理高速大数据流，前提是先将输入的40G和SRIO X4转换成PCIE3.0的数据包；另一个通道是，用VIRTEX-7 FPGA的高速接口GTH直接接收40G和SRIO X4，再进行缓存处理。
所述BMC管理芯片LPC2148，是一款ARM7 TDMI-S CPU微处理器，并带有32KB和512KB嵌入的高速Flash存储器，支持IPMI2.0标准协议，支持iKVM功能，可通过IPMI命令控制刀片开关电以及上报刀片在位信息，支持远程更新操作系统及应用软件，支持本地启动远程系统镜像文件的功能。
本发明的装置实现数据处理逻辑的流程如图4所示，具体的实施步骤如下：
步骤一，PCIE3.0 Switch PM8541下，FT1500A-16处理器作为ROOT，VIRTEX-7 FPGA被设置为EP，GPU AMD E9171也被设置为EP；
步骤二，FT1500A-16处理器通过PCIE3.0 Switch PM8541对VIRTEX-7 FPGA进行配置，对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通道进行处理；
步骤三，FT1500A-16处理器通过对VIRTEX-7 FPGA预处理数据的分析，命令GPUAMD E9171经过PCIE3.0 Switch PM8541取走其中与图形计算和加速相关的数据；
步骤四，FT1500A-16处理器把需要进行图形显示的数据，通过PCIE3.0 SwitchPM8541送给GPU AMD E9171；
步骤五，FT1500A-16处理器通过LPC2148实时监控数据处理的全过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于VPX架构的高性能CPU刀片装置，其特征在于，包括FT1500A-16处理器CPU、嵌入式GPU AMD E9171、VIRTEX-7 FPGA、PCIE交换芯片PCIE3.0 Switch PM8541，前三者通过高速PCIE3.0 Switch互联；
其中，FT1500A-16处理器用于负责数据流的管控和调度，AMD E9171用于负责计算和2D、3D图形显示处理，VIRTEX-7 FPGA用于对输入的数据流进行缓存和预处理，然后通过PCIE3.0 Switch PM8541进行数据流在FT1500A-16处理器和AMD E9171之间的交换。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括BMC管理芯片，FT1500A-16处理器还用于通过BMC管理芯片进行刀片装置的BMC健康管理。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述BMC管理芯片为LPC2148。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，FT1500A-16处理器作为RC连接到PCIE 3.0Switch PM8541的Upstream端口，访问同一交换分区的EP设备EP1、EP2、EP3以及扩展的PCIE3.0 X16；GPU AMD E9171作为VIRTEX-7 FPGA的EP设备，化在同一个交换分区，GPU AMDE9171通过非透明桥NTBs与FT1500A-16处理器进行通信。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，VIRTEX-7 FPGA对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通道进行处理。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置可同时处理40G、SRIO X4共2路数据流。
7.一种如权利要求6所述的装置实现数据处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，PCIE3.0 Switch PM8541下，FT1500A-16处理器作为ROOT，VIRTEX-7 FPGA被设置为EP，GPU AMD E9171也被设置为EP；
步骤二，FT1500A-16处理器通过PCIE3.0 Switch PM8541对VIRTEX-7 FPGA进行配置，对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通道进行处理；
步骤三，FT1500A-16处理器通过对VIRTEX-7 FPGA预处理数据的分析，命令GPU AMDE9171经过PCIE3.0 Switch PM8541取走其中与图形计算和加速相关的数据；
步骤四，FT1500A-16处理器把需要进行图形显示的数据，通过PCIE3.0 Switch PM8541送给GPU AMD E9171；
步骤五，FT1500A-16处理器通过LPC2148实时监控数据处理的全过程。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤二FT1500A-16处理器对输入的40G和SRIO X4，分为两个冗余备份的通道进行处理时，一个通道是，直接用VIRTEX-7 FPGA的PCIE3.0接口处理数据流，前提是先将输入的40G和SRIO X4转换成PCIE3.0的数据包；另一个通道是，用VIRTEX-7 FPGA的接口GTH直接接收40G和SRIO X4，再进行缓存处理。
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