CN113741648A - 一种计算机硬件系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算机硬件系统，包括：主板，其设有多个连接器，连接器的接口之间通过高速串行总线连接；CPU模块，以外插卡形式连接于对应的连接器的接口；功能插卡，其以外插卡形式连接于对应的连接器的接口，以使得其与CPU模块通过高速串行总线连接；主板设有管理控制器芯片，管理控制器芯片用于调控主板的电源功能、显示功能、散热功能和监控功能中的至少一者。本发明能够适用于对空间要求较为严格且需要多个处理单元的工作场景，降低CPU功能对主板的影响，具有较高的灵活性和较好的适应性，能够降低计算机硬件系统的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及计算机硬件设计技术领域，更具体地说，涉及一种计算机硬件系统。
背景技术
随着信息技术的进步，尤其是人工智能技术的发展，各种应用场景中需要采集的数据种类与规模也日趋增加，图像、视频、语音、位置、姿态等各种传感器都在实时产生大量数据，对于负责对这些数据进行处理的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)来说，其性能的增长却远低于处理需求的增加。
由此人们开始利用GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)等专用的加速设备来完成这些计算密集型的任务，而CPU只需要负责任务调度与数据汇总。当FPGA或GPU等并行计算能力突出的设备参加协同处理时，它们与CPU之间会有频繁且海量的数据交互，一个高带宽低延迟的连接手段已成为硬件架构的核心需求。比较典型的如自动驾驶、车路协同等涉及到感知与决策类边缘计算系统。
在典型的边缘计算场景中，硬件设备包括有CPU系统、传感器采集系统与AI计算系统。业内普遍采用的方案为用工控机或边缘计算服务器实现CPU系统，用FPGA或ASIC专用芯片实现传感器采集系统，用GPU实现AI计算系统。这套CPU+FPGA+GPU的系统实现，在硬件上通常是在一个计算机机箱内搭载FPGA卡与GPU卡的形态，该设置存在CPU升级不便的问题，作为核心器件的CPU占据主板核心位置，CPU周边布置有内存、显示、硬盘、供电和管理接口，PCIe(Peripheral Component Interconnect express，高速串行计算机扩展总线)插槽等IO接口分布在远端。主板功能丰富，计算机的整体结构都围绕主板设计，致使体积庞大。当CPU升级换代时，由于主板上的CPU电路发生了变化，整个主板也要重新设计，并且重新设计机箱结构与散热系统，工作量较大。
综上所述，如何提供一种尺寸要求低且具有灵活的适应性的计算机硬件系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种计算机硬件系统，该计算机硬件系统的尺寸布局合理，整体尺寸较小，且具有较高的布置和设计灵活性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种计算机硬件系统，包括：
主板，其设有多个连接器，所述连接器的接口之间通过高速串行总线连接；
CPU模块，以外插卡形式连接于对应的所述连接器的接口；
功能插卡，其以外插卡形式连接于所述对应的所述连接器的接口，以使得其与所述CPU模块通过所述高速串行总线连接；
所述主板设有所述管理控制器芯片，所述管理控制器芯片用于调控所述主板的电源功能、显示功能、散热功能和监控功能中的至少一者。
优选的，所述功能插卡包括用于信息采集的FPGA卡和用于信息处理的GPU卡中的至少一者。
优选的，所述CPU模块的金手指插接于对应的所述连接器的接口，所述功能插卡的金手指插接于所述连接器的接口。
优选的，所述CPU模块还设有第一SlimSAS连接器和第二SlimSAS连接器；
所述主板的所述连接器的接口包括第一SlimSAS接口，所述第一SlimSAS连接器与所述主板的所述第一SlimSAS接口连接；
所述功能插卡设有第二SlimSAS接口，所述第二SlimSAS连接器与所述第二SlimSAS接口连接。
优选的，所述第一SlimSAS连接器通过线缆连接所述第一SlimSAS接口，第二SlimSAS连接器通过线缆连接所述第二SlimSAS接口。
优选的，所有所述连接器的接口均与所述主板的电源连接器连接，且均与所述主板的系统管理总线连接。
优选的，所述CPU模块设置有另一个管理控制器芯片。
优选的，所述连接器包括PCIe、或Gen-Z、或以太网接口；
所述连接器的连接形态包括星型、或菊花链型、或Mesh型。
优选的，所述CPU模块的个数为至少两个，所述主板上用于插接所述CPU模块的所述连接器的接口个数与所述CPU模块的个数对应；
所述主板设置有用于连接两个所述CPU模块的UPI接口、AXI接口或CCIX接口。
优选的，所述高速串行总线为PCIe总线时，所述主板设有用于连接所述连接器的接口的Switch芯片。
本发明在主板上设置有用于插接CPU模块和功能插卡的连接器的接口，CPU模块和其他功能插卡的连接形式一样，各接口之间通过高速串行总线连接，代替现有的以CPU为核心的电路形式，形成以主板连接器为连接网络的、易于替换的主板模式，CPU模块的设置更加灵活，且管理控制器芯片设置在主板上，相对更新频率低，可以避免因为换CPU而导致整个主板重新设计的问题，因而，主板和CPU的设计能够适用于对空间要求较为严格且需要多个处理单元的工作场景中，能够实现整机体积的减小，同时降低CPU功能对主板的影响，CPU或功能插卡的替换不会造成整个主板的浪费。本申请提供的计算机硬件系统具有较高的灵活性和较好的适应性，能够降低计算机硬件系统的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种计算机硬件系统的主板的示意图；
图2为本发明所提供的外插卡布局示意图；
图3为本发明所提供的硬件架构示意图；
图4为本发明所提供的主板的拓扑图；
图5为本发明所提供的主板供电系统的拓扑图。
图1-图5中，附图标记包括：
1为主板、2为CPU模块、3为FPGA卡、4为GPU卡；
10为接口、11为CPU接口、12为FPGA接口、13为GPU接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种计算机硬件系统，该计算机硬件系统的尺寸布局合理，整体尺寸较小，且具有较高的布置和设计灵活性。
请参考图1至图5，图1为本发明所提供的一种计算机硬件系统的主板的示意图；图2为本发明所提供的外插卡布局示意图；图3为本发明所提供的硬件架构示意图；图4为本发明所提供的主板的拓扑图；图5为本发明所提供的主板供电系统的拓扑图。
本申请提供了一种计算机硬件系统，该系统主要包括主板1、CPU模块2和功能插卡。其中，功能插卡可以包括FPGA卡3和用于信息处理的GPU卡4等设置在主板1上的插卡芯片或处理器等。
其中，主板1设有多个用于连通用电部件、或传递数据的连接器，各个连接器的接口10之间通过高速串行总线连接。连接器的个数至少为两个，各个连接器的接口10均可以为插槽结构。
CPU模块2为中央处理器，具有数据插接接口，以外插卡形式连接于对应的连接器的接口10，功能插卡也以外插卡形式连接于对应的连接器的接口10，CPU模块2与功能插卡通过上述高速串行总线连接，代替现有技术中主板1上设置的电路结构。主板1设有管理控制器芯片，管理控制器芯片用于调控主板1的电源功能、显示功能、散热功能和监控功能中的至少一者。
需要说明的是，CPU模块2包括CPU芯片和插接接口，插接接口与CPU芯片的内部电路或端子连接，用于将CPU芯片连接于连接器的接口。
管理控制器芯片BMC(Baseboard Management Controller，管理控制器芯片)用于实现主板1上的若干个辅助功能，包括电源控制、显示控制、散热控制、监控控制等。现有技术将管理控制器芯片的功能设置在CPU上，当CPU更新换代时，管理控制器芯片也同时被更换，或者当CPU的设计思路改变时，还需要针对其上的管理控制器芯片同步改变。本申请中管理控制器芯片设置于主板1，且独立于CPU模块2，管理控制器芯片可以直接管理主板1的上述各功能，不需要通过CPU模块2进行控制或执行。当CPU模块2更新换代或改变设计思路时，不需要主板1上的管理控制器芯片进行对应改变，因此，主板1的结构也无需重新设计或调整。
本申请中，在主板1上设置有用于插接CPU模块2和功能插卡的连接器的接口，接口之间通过高速串行总线连接，以代替现有的以CPU为核心的电路形式，形成以主板1上连接器为连接网络的易于替换的主板模式，CPU模块2的设置更加灵活，且管理控制器芯片设置在主板1上，相对更新频率低，可以避免因为换CPU而导致整个主板1重新设计的问题。
另外，由于采用插卡的形式，CPU模块2和功能插卡均立式插接在主板1上，因此能够降低主板1板面的尺寸要求，当主板1需要实现的功能相对简单时，其面积可以比传统主板减小很多。请参考图1，在本实施例中主板1的面积可以小于PCIe标准卡，因此整机的机箱尺寸得到了有效控制。
在上述实施例的基础之上，功能插卡包括用于信息采集的FPGA卡3和用于根据传感器信息进行推理运算形成决策的GPU卡4中的至少一者。请参考图1和图2，当主板1需要设置FPGA卡3时，可以设置在主板1的FPGA接口12上，当主板1需要设置GPU卡4时，可以设置在主板1的GPU接口13上。可选的，上述接口的使用也可以互换，FPGA接口12与GPU接口13在结构上可以不具有差异，当然两个接口也可以设置其他类型的部件。
本实施例中，CPU模块2负责系统数据调度及对外通信，主板1则提供了3个插槽用于搭载其它三张卡，并实现了电源管理、功耗监测、散热调控等基础设施的功能。
根据计算机服务器的类型的不同，在主板1上还可以设置多种类型的芯片或控制器，并不局限与FPGA卡3和GPU卡4。
在上述实施例的基础之上，CPU模块2的金手指插接于对应的连接器的接口10，功能插卡的金手指插接于连接器的接口10。各个功能插卡插接的接口10均连接于CPU模块2插接的接口10。
请参考图3，其中，CPU模块2的CPU卡上具有金手指Golden Finger，可以用于连接主板1上的接口10，可选的，金手指连接接口10的方式可以通过PCIe接口实现，或者直接将金手指直接插在在主板1的接口10上。同样的，功能插卡也通过设置的金手指连接对应的接口10，具体地，FPGA卡的金手指插接在连接器的接口10，GPU卡4的金手指插接在连接器的接口。
除了采用金手指连接，还可以采用其他连接端口，由于常用的连接器提供的通道数量有限，如PCIe插槽最多只能够提供16个Serdes(SERializer-串行器/DESerializer-解串器的简称)通道，为了扩展连接外部设备的带宽，实现更多形式的连接，可以在CPU模块2设置SlimSAS连接器，在一个具体的实施例中，CPU模块2还设有第一SlimSAS连接器和第二SlimSAS连接器。
相应的，主板1的连接器的接口10包括第一SlimSAS接口，第一SlimSAS连接器与主板1的第一SlimSAS接口连接；
功能插卡设有第二SlimSAS接口，第二SlimSAS连接器与第二SlimSAS接口连接。
请参考图3，CPU模块2的第一SlimSAS连接器通过线缆连接主板1的第一SlimSAS接口，形成数据或电能的传递；CPU模块2第二SlimSAS连接器通过线缆连接一个功能插卡的第二SlimSAS接口，同样可以实现数据或电能的传递。
其中，SlimSAS连接器与SlimSAS接口均为连接用结构，二者插接形成稳定连接，采用二者连接的形式能够补充原接口10上通道不足的问题。避免通道数量受限。
可选的，SlimSAS连接器与SlimSAS接口的数量不限，可根据需要设置，同时，也不限制SlimSAS连接器与SlimSAS接口设置的位置和连接的对象。
由于将管理控制器芯片设置在主板1上，主板1提供连接插接连接件以外，还提供电源转换、散热调控等功能，因此主板1可以直接控制对各芯片的供电或者其他控制，通过主板1上的管理控制器芯片通过I2C总线连接通道并实施。
本实施例中，主板为向各个功能插卡提供电源、散热和监控管理等的平台，通过将管理控制器芯片的控制通过I2C通道实施，满足了主板1的控制需要，可以完全不通过CPU模块2，就能够实现主板基础的控制。
另外，为了实现对功能插卡的功能控制，在上述任意一个实施例的基础之上，所有连接器的接口10均与主板1的电源连接器连接，且均与主板的系统管理总线SMBus(SystemManagement Bus，系统管理总线)连接。其中，电源连接器和系统管理总线均可以直接由管理控制器芯片直接控制和管理。
具体可以参考图3至图5，图3至图5中的接口和模块互为对照关系。系统管理总线SMBus可以控制CPU模块2与其他功能插卡的连接，还能够实现对传感器、风扇的控制，另外，对于系统管理总线的扩展结构、供电结构进行控制。
除了上述通过主板1的管理控制器芯片控制以外，在一个具体的实施例中，CPU模块2设置有管理控制器芯片，管理控制器芯片用于调控主板1的电源功能、显示功能、散热功能和监控功能中的至少一者。其中，需要根据实际调控的需要，通过参数和指标的设定，利用CPU模块2上的管理控制器芯片实现调节。在本实施例中，可以在CPU模块2上单独设置能够实现板级控制的管理控制器芯片BMC，从而能够实现不同类型的控制。
在上述任意一个实施例的基础之上，上述连接器包括PCIe连接器、或Gen-Z连接器、或以太网接口连接器。其中PCIe为插槽，可以包括PCIe4.0或PCIe5.0等多种类型。另外，Gen-Z连接器指的是高密度的Gen-Z插槽，从而获得更多的IO设备槽位，并且不需要外接电缆。
可选的，连接器的连接形态包括星型、或菊花链型、或Mesh型。本领域技术人员可以通过现有技术对连接器的形状进行调整。
在本实施例中，主板1的连接是通过PCIe4.0的方式实现的，其中CPU模块2作为PCIe主设备，FPGA卡3与GPU卡4为PCIe从设备，由于PCIe协议为点对点互连结构，作为主设备CPU模块2需要插在固定的槽位上，即CPU接口11。
在一个具体的实施例中，CPU模块2的个数为至少两个，主板1上用于插接CPU模块2的连接器的接口10个数与CPU模块2的个数对应。请参考图1，其中CPU接口11即为用于分别连接两个CPU模块2的连接器的接口10的一种，当CPU模块2的个数为至少两个时，需要分别设置不同的接口。
主板1设置有用于连接两个CPU模块2的UPI接口、AXI接口或CCIX接口。
由于两个或两个以上的CPU不能够通过PCIe互联，因此，本申请提供UPI接口、AXI接口或CCIX接口，以便CPU通过一致性协议接口实现互联效果。
在上述各个实施例中，各功能插卡插接的接口10均连接于CPU模块2插接的接口10，功能插卡插接的接口10之间也可以设置实现连接。在一个具体的实施例中，高速串行总线为PCIe总线时，主板1设有用于与各个连接器的接口10连接的Switch芯片。Switch芯片用于实现接口的交换功能，使得各个接口10与对应的功能插卡的连接更加灵活，实现灵活的硬件配时方式。
本申请提供的计算机硬件系统中，不再固定设置CPU及印刷在板面上的相关电路，主板1为一个具有多个接口10的、且接口10之间能够高速传递信息的连接平台，插接于接口10上的CPU模块2、GPU卡4和FPGA卡3等设备，都以插卡的形态与主板1连接，在结构上处于同等的地位。主板1除了提供插卡接口10外，还通过自身设置的管理控制器芯片实现供电、显示、监控管理、散热调控等基础功能。由于这些基础功能比较通用而不需要频繁升级，因此，当应用场景发生变化而需要升级CPU时，只需要更新CPU模块2，而主板1可不做任何改变，节省工作量与硬件消耗，且主板1面积相对传统主板可以缩小很多。机箱也会由于主板1面积的缩小而实现小体积设计，更适合边缘计算等场景。
除了上述各个实施例中所提供的计算机硬件系统中的主要结构和连接关系，该计算机硬件系统的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
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。
以上对本发明所提供的计算机硬件系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种计算机硬件系统，其特征在于，包括：
主板(1)，其设有多个连接器，所述连接器的接口(10)之间通过高速串行总线连接；
CPU模块(2)，以外插卡形式连接于对应的所述连接器的接口(10)；
功能插卡，其以外插卡形式连接于对应的所述连接器的接口(10)，以使得其与所述CPU模块(2)通过所述高速串行总线连接；
所述主板(1)设有所述管理控制器芯片，所述管理控制器芯片用于调控所述主板(1)的电源功能、显示功能、散热功能和监控功能中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述功能插卡包括用于信息采集的FPGA卡(3)和用于信息处理的GPU卡(4)中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述CPU模块(2)的金手指插接于对应的所述连接器的接口(10)，所述功能插卡的金手指插接于所述连接器的接口(10)。
4.根据权利要求1所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述CPU模块(2)还设有第一SlimSAS连接器和第二SlimSAS连接器；
所述主板(1)的所述连接器的接口(10)包括第一SlimSAS接口，所述第一SlimSAS连接器与所述主板(1)的所述第一SlimSAS接口连接；
所述功能插卡设有第二SlimSAS接口，所述第二SlimSAS连接器与所述第二SlimSAS接口连接。
5.根据权利要求4所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述第一SlimSAS连接器通过线缆连接所述第一SlimSAS接口，第二SlimSAS连接器通过线缆连接所述第二SlimSAS接口。
6.根据权利要求1至5任一项所述的计算机硬件系统，其特征在于，所有所述连接器的接口(10)均与所述主板(1)的电源连接器连接，且均与所述主板的系统管理总线连接。
7.根据权利要求6所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述CPU模块(2)设置有另一个管理控制器芯片。
8.根据权利要求1至5任一项所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述连接器包括PCIe、或Gen-Z、或以太网接口；
所述连接器的连接形态包括星型、或菊花链型、或Mesh型。
9.根据权利要求1至5任一项所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述CPU模块(2)的个数为至少两个，所述主板(1)上用于插接所述CPU模块(2)的所述连接器的接口(10)个数与所述CPU模块(2)的个数对应；
所述主板(1)设置有用于连接两个所述CPU模块(2)的UPI接口、AXI接口或CCIX接口。
10.根据权利要求9所述的计算机硬件系统，其特征在于，所述高速串行总线为PCIe总线时，所述主板(1)设有用于连接所述连接器的接口(10)的Switch芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20211203 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |