CN116301217A - 一种计算设备及计算节点 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种计算设备及计算节点，该计算节点的两层主板通过无线连接器实现板间互连，其两层主板的板体相对且间隔设置，且分别配置有无线连接器；两个无线连接器作为板间互连接口分别与相应主板上的器件连接，并基于无线通信建立两层主板之间的互连。如此设置，可规避高速总线线缆交叉的问题，对于高密算力的主板配置，能够有效降低主板的制造成本；此外，基于无线连接器实现板间互连，可适当降低板间组装的位置精度要求，组装工艺成本得以进一步降低。

Description

一种计算设备及计算节点

技术领域

本申请涉及计算机硬件领域，尤其涉及一种计算设备及计算节点。

背景技术

随着大数据、云计算及AI(Artificial intelligence，人工智能)的兴起，计算设备中硬件的算力需求越来越高。以服务器为例，现有服务器各节点的主板单元主要由处理器、内存条、连接器及各种分立元器件等组成，基于PCIE(Peripheral ComponentInterconnect Express，快捷外围部件互连标准)、UPI(Ultra Path Interconnect，超级通道互联)等高速总线速率的不断提升，高速PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板材、高速线缆、高密、大通流、大功率散热等演进直接影响制造成本，主板PCB单元及其互联结构设计成为重点关注的研发方向。

现有一种典型的服务器主板架构，其PCIe总线基于高速线缆与关联硬件接口连接，对于高密算力的XPU(X Processing Unit)配置，受UPI高速总线与南北向PCIe高速总线交叉的限制，需要通过增加PCB层数进行互连，实现成本较高。

发明内容

本申请提供了计算设备及计算节点，通过结构优化在满足高密算力需求的基础上，能够合理降低主板的制造成本。

本申请实施例第一方面提供了一种计算节点，该计算节点包括第一主板、第二主板、第一处理器、第二处理器、第一无线连接器和第二无线连接器；第一主板和第二主板堆叠设置；第一处理器和第一无线连接器设置于第一主板；第一处理器和第一无线连接器电连接；第一无线连接器用于传输第一处理器的信号；第二处理器和第二无线连接器设置于第二主板；第二处理器和第二无线连接器电连接；第二无线连接器用于传输第二处理器的信号；第一无线连接器与第二无线连接器无线连接，以在第一处理器和第二处理器之间传输信号。如此设置，相较于采用物理连接线缆进行连接，可规避高速总线线缆交叉的问题，对于高密算力的主板配置，无需增加PCB层数，能够有效降低主板PCB的制造成本；与此同时，本方案基于无线连接器实现板间互连的方案，对于XPU配置数量的增加，可避免增加板内走线发热量，并降低板材性能要求。整体上，在满足高算力配置需求的基础上，能够进一步合理控制PCB成本。

另外，对于单主板结构上XPU配置数量进一步增加的应用场景，基于本方案提供的双主板互连结构方案，可避免通过增加高速线缆产生的配置成本，降低板间或板内互连成本。由此，在合理控制成本的基础上，符合计算设备高密算力发展的趋势性要求。此外，本方案基于无线连接器实现板间互连，对于两层主板之间对位精度来说，可适当限制位置精度要求，采用相对简单固定方式即可实现板间无线互连的功能要求，组装工艺成本较低。

在实际应用中，第一无线连接器和第二无线连接器可分别配置为多个，且第一、二无线连接器之间的无线通信为全双工通信，设备运行时，双层主板上的无线连接器可以同时发送和接收信息，具有较高的数据传输速度。示例性的，多个无线连接器可以采用类阵列形式封装在相应的主板板体上，具有较好的工艺性。

基于第一方面，本申请实施例还提供了第一方面的第一种实施方式：该第一处理器设置于第一主板的第一板面；第二处理器设置于第二主板的第一板面；第一主板的第二板面和第二主板的第二板面相向设置；第一无线连接器设置于第一主板的第一板面或第二板面；第二无线连接器设置于第二主板的第一板面或第二板面。这里，主板的第一板面相当于配置器件的顶面，主板的第二板面相当于主板底面，换言之，两层主板的底面相对设置，结构配置更中紧凑，在实际应用中，第一、二无线连接器可根据均配置在相应主板的底面或顶面上。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第二种实施方式：每个第一处理器与一个或多个第一无线连接器电连接；一个或多个第一无线连接器用于传输第一处理器的信号；每个第二处理器与一个或多个第二无线连接器连接电连接；一个或多个第二无线连接器用于传输第二处理器的信号。在具体应用中，可根据应用场景选择性适配，具有较好的可适应性。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第三种实施方式：该第一无线连接器和第二无线连接器数目相同，且第一无线连接器和第二无线连接器一一对应无线连接，以在第一处理器和第二处理器之间传输信号。这样，基于确定的对应关系实现具体互连传输功能，例如但不限于数据信号和管理信号的交互等。

在实际应用中，对于一一对应互连的配置方式来说，第一无线连接器和第二无线连接器，在垂直板面的方向上一一对应互连配置，换言之，成对配置的第一无线连接器和第二无线连接器，在垂直板面的方向相对设置，以快速实现相应的交互。

基于第一方面，或第一方面的第二种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第四种实施方式：每个第一无线连接器与多个第二无线连接器无线连接；或多个第一无线连接器与一个第二无线连接器无线连接。也就是说，可以根据具体应用场景下的互连功能要求，将板间多个第一、二无线连接器分组配置。在实际应用中，可以将其中的部分分组作为功能冗余配置组，当某组连接器故障或失效时，启用冗余配置组替代故障连接器，以保证计算设备的各处理器常态运行。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第五种实施方式：第一处理器通过主板上的过孔与第一无线连接器电连接；第二处理器通过主板上的过孔与第二无线连接器电连接；其中，过孔为通孔或盲孔。

在一些实际应用中，主板上的开孔可垂直板体开设，以最大限度地减小信号传输距离，传输损耗小，具有较高的传输稳定性。示例性的，可以采用传统过孔工艺成孔或POFV(Plating Over Filled Via)工艺成孔。

在其他应用中，第一主板和第二主板的顶面相对设置，第一无线连接器和第二无线连接器中，至少一者配置在相应主板的顶面上。示例性的，第一、二无线连接器均配置在相应主板的顶面上。

基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，或第一方面的第五种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第六种实施方式：第一无线连接器和第二无线连接器采用基于极高频通信构建的连接器。也即，基于极高频的短距离点对点通信技术，无需软件或驱动可瞬时建立互连，可靠达成近场无线传输。

本申请实施例第二方面提供了一种计算设备，包括机箱，该机箱内设置有至少一个如前所述的计算节点。如此设置，对于高密算力的主板配置，无需增加PCB层数，能够有效降低主板PCB的制造成本；与此同时，基于无线连接器实现板间互连的方案，可避免增加板内走线发热量，降低板材性能要求。在满足高算力配置需求的基础上，能够进一步合理控制整机制造成本。

示例性地，该计算设备还包括风冷散热装置，用于提供流经该计算节点的散热气流，可适应采用风冷散热的计算设备。

示例性地，该计算设备还包括冷却循环回路，机箱内可容置制冷工质，且计算节点可浸入制冷工质中，也即可应用于采用浸没式液冷的计算设备，例如但不限于，基于单相制冷工质或两相制冷工质的浸没式液冷的计算设备。

在具体应用中，该计算设备可以为计算机、服务器、边缘设备等产品类型。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种计算节点的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种两层主板的组装关系示意图；

图3为本申请实施例提供的一种两层主板间无线连接器的通信关系图；

图4为本发明实施例提供的另一种两层主板的组装关系示意图；

图5为图4中所示两层主板间的一种无线连接器的通信关系图；

图6为图4中所示两层主板间的另一种无线连接器的通信关系图；

图7为本发明实施例提供的另一种计算节点的示意图；

图8为本发明实施例提供的又一种两层主板的组装关系示意图；

图9为本发明实施例提供的一种计算设备的示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种计算设备的示意图；

图11为本发明实施例提供的又一种计算设备的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种计算设备，基于双主板架构构建无线互连，在满足高密布局的功能配置需求的基础上，有效降低主板PCB制造成本。

现有用于计算设备的一种典型主板架构，受限于器件布置结构特点，对于高密算力的XPU配置，受UPI高速总线与南北向PCIe高速总线交叉的限制，需要通过增加PCB层数进行互连，实现成本较高。

基于此，本申请实施例提供了一种计算设备，包括两层主板且两者的板体相对且间隔设置；两层主板中的第一主板上配置有第一无线连接器，两层主板中的第二主板上配置有第二无线连接器，这里，第一、二无线连接器分别与相应主板上的器件连接，并提供板间互连接口，且第一无线连接器与第二无线连接器可基于无线通信建立两层主板之间的互连。如此设置，对于高密算力的主板配置，不会出现总线交叉可能产生的影响，且无需通过增加PCB层数的方式提供传输路径，可有效降低主板PCB的制造成本。与此同时，基于无线连接器实现板间互连的方案，对于高密算力的XPU配置，运行状态下还可避免板内走线增加所产生的发热量，可降低板材性能要求，进一步合理控制PCB成本。

此外，基于无线连接器实现板间互连，对于两层主板之间对位精度来说，应用本方案可适当限制位置精度要求，采用相对简单固定方式即可实现板间无线互连的功能要求，组装工艺成本较低。

为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，不失一般性，以下将结合附图对具体的实施例进行详细描述。

请参见图1，该图示出了一个计算节点10的示意图。该计算节点10的第一主板1a和第二主板1b，在壳体6内部堆叠设置；两层主板的处理器和内存条5分别配置在相应的主板顶面上，且两层主板的底面相向配置。堆叠设置的第一主板1a和第二主板1b相对且具有预定间距，且两层主板间隔距离相对较小，该间距需要满足无线连接器的配置需求。

请一并参见图2和图3，其中，图2示出了该两层主板的组装关系示意图，图3为本申请实施方式所述两层主板间无线连接器的通信关系图。这里，“顶面”和“底面”是指主板板体的两侧板面，本文中，定义插装处理器和内存条一侧的第一板面为“顶面”，并定义位于另一侧的第二板面为“底面”，以清楚描述构成或结构之间的相对位置关系。应当理解，上述方位词的使用，对于本实施方案未构成实质性的限制。

本实施方案中，第一无线连接器2a与第二无线连接器2b基于无线通信建立两层主板之间的互连。其中，第一无线连接器2a配置在第一主板1a的底面上，该第一无线连接器2a与第一主板1a上的处理器3a连接；第二无线连接器2b配置在第二主板1b的底面上，该第二无线连接器2b与第二主板1b上的处理器3b连接。对于高密布局来说，应用本方案可避免高速总线交叉的影响，并可避免超长链路使得PCB板材升档或加retimer(中继驱动芯片)，由此，可实现宽度方向上的裕量空间提升，满足更多内存器件的配置需求，在实现算力提升的同时，有效降低成本。

这里，两层主板上的无线连接器均配置在相应主板的底面上。对于两层主板底面相向配置的情形，在其他具体实现中还可以采用其他方式配置无线连接器；例如但不限于，第一无线连接器2a配置在第一主板的底面，第二无线连接器2b配置在第二主板的顶面；或者，第一无线连接器2a配置在第一主板的顶面，第二无线连接器2b配置在第二主板的底面(图中未示出)，当然，基于无线连接器的不同配置方式，堆叠设置的两层主板之间的间距可适应性调整。相较而言，两层主板上的无线连接器均配置在底面的实现方案，结构较为紧凑，且具有传输损耗小的优势。

其中，第一无线连接器2a和第二无线连接器2b与相应主板处理器之间，以及互配无线连接器之间的连接，支持处理器间总线标准，具体可根据实际处理器的选型进行确定。例如但不限于，UPI总线或者PCIe总线等。当然，板间互连还可以包括时间杂散信号，以同步实现系统校准。对于处理器3a和处理器3b在相应主板板体上的连接方式，可根据产品总体设计进行确定。例如但不限于，在处理器(XPU)芯片与PCB之间配置为Socket簧片式连接器。

再如图1所示，第一无线连接器2a和第二无线连接器2b与相应主板处理器之间通过连接线4相连。本实施方案中，可以分别通过相应主板上的开孔(图中未示出)布置该连接线4，以便实现位于第一主板1a底面的第一无线连接2a和位于顶面的处理器3a连接，以及位于第二主板1b底面的第二无线连接2b和位于顶面的处理器3b连接。

在具体实现中，每个主板上的开孔可垂直板体开设，以最大限度地减小信号传输距离，传输损耗小。例如但不限于，可以采用传统过孔工艺成孔或POFV(Plating OverFilled Via)工艺成孔，具体地，过孔可以为通孔，也可以为盲孔。

本实施方案中，第一无线连接器1a和第二无线连接器1b采用基于极高频(Extremely high frequency，EHF)通信构建的连接器，实现短距离点对点全双工通信，能够瞬时建立近场互连无线传输。这样，两层主板上的无线连接器均配置在主板底面上的结构特点，可进一步满足高密布局的趋势性需求。

需要说明的是，图1和图2所描述的1XPU组合成2XPU的架构形态，可以基于一对互配的无线连接器实现互连，也可以基于两对或其他复数对互配的无线连接器实现互连，对于采用多对互配无线连接器的配置方式，可进一步基于具体传输信号对应的功能进行区分规制。

进一步地，基于双层主板架构还可根据需要建立不同的节点架构，例如但不限于，2XPU组合成4XPU、4XPU组合成8XPU、6XPU组合成12XPU、8XPU组合成16XPU等架构形态。具体地，可根据通用、刀片、高性能、高密、集群、超算等不同应用场景，确定相应的节点架构形态。

请参见图4，该本发明实施例提供的另一种两层主板的组装关系示意图。

本方案与前述实施方案的主要构成及板间无连互连方式相同，区别在于，本实施方案中的两个主板上分别配置有两个处理器，也即为2XPU组合成4XPU的节点架构形态。为了清楚示明本方案与前述实施方式的区别和联系，相同功能的构成和结构在图中以同一标记进行示意。

如图所示，第一主板1a'上配置有两个处理器3a和两个第一无线连接器2a，处理器3a与第一无线连接器2a一一对应相连；第二主板1b'上配置有两个处理器3b和两个第二无线连接器2b，处理器3b与第二无线连接器2b一一对应相连。

请一并参见图5，该图为图4中所示两层主板间的一种无线连接器的通信关系图。图5中所示板间互连通信关系中，两个第一无线连接器2a和两个第二无线连接器2b，一一对应互连。

在其他具体实现中，两个第一、二无线连接器非局限于一一对应互连。请参见图6，该图为图4中所示两层主板间的另一种无线转接器的通信关系图。

这里，每个第一无线连接器2a和每个第二无线连接器2b，均可与互配侧的两个无线连接器互连，也即一对二互连。在具体实现中，两个第一无线连接器2a可与第一主板1a'上的两个处理器3a相连，两个第二无线连接器2b可与第二主板1b'上的两个处理器3b相连，构建形成两组配置互连关系。在此基础上，可以将其中虚线所示通信的互连分组作为功能冗余配置组，当其中实线所示通信的互连无线连接器故障或失效时，可启用冗余配置组替代故障无线连接器，保证计算设备的常态运行。

对于其他复数个处理器组合形成的架构形态来说，同样可以采用上述分组配置方式。也就是说，一者中的一个无线连接器对应互连另一者中的多个无线连接器，或者，其中一者的部分无线连接器对应互连另一者中的部分无线连接器。在具体实现中，可以根据具体应用场景下的互连功能要求，将板间多个第一、二无线连接器分组配置。

请参见图7，该图为本发明实施例提供的又一种两层主板的组装关系示意图。为了清楚示明本方案与前述实施方式的区别和联系，相同功能的构成和结构在图中以同一标记进行示意。

本实施方案中的两个主板上分别配置有作个处理器，也即为8XPU组合成16XPU的节点架构形态。如图所示，第一主板1a″上配置有八个处理器3a，并可相应配置八个第一无线连接器2a，处理器3a与第一无线连接器2a一一对应相连；第二主板1b″上配置有八个处理器3b和八个第二无线连接器2b，处理器3b与第二无线连接器2b一一对应相连。具体实现中，图7所示的板间互连通信关系中，八个第一无线连接器2a和八个第二无线连接器2b，可以一一对应互连。

当然，在其他具体实现中，也可以采用上述分组配置方式。

前述实施例所描述的计算节点，两层主板均为底面相向配置。基于双层主板无线互连通信的设计构思，两层主板还可以采用顶面相向配置的实现方式。请参见图8，该图为本发明实施例提供的另一种计算节点的示意图，为了清楚示明本方案与前述实施方式的区别和联系，相同功能的构成和结构在图中以同一标记进行示意。

如图8所示，该计算节点10'的第一主板1a和第二主板1b，堆叠设置在壳体6中；两层主板的处理器和内存条5分别配置在相应的主板顶面上，且两层主板的顶面相向配置。相较于底面相向的主板配置方式，本方案中两层主板之间的堆叠间距相对较大。

本实施方案中，第一无线连接器2a与第二无线连接器2b同样基于无线通信建立两层主板之间的互连。其中，第一无线连接器2a配置在第一主板1a的顶面上，并与第一主板1a上的处理器3a连接；第二无线连接器2b配置在第二主板1b的顶面上，并与第二主板1b上的处理器3b连接。这里，各主板上的无线连接器与处理器等器件均位于板体顶面，相较于前述实施方案，本方案无需在主板上开孔布置连接线，工艺成本得以进一步合理控制。

在其他具体实现中，对于两层主板上分别配置有多个处理器的情形，每个第一处理器可以与一个或多个第一无线连接器电连接，并通过一个或多个第一无线连接器传输该第一处理器的信号；同样地，每个第二处理器与一个或多个第二无线连接器连接电连接；并通过一个或多个第二无线连接器传输该第二处理器的信号。

前述实施例所描述的计算节点，可广泛应用不同的计算场景，例如但不限于，超级计算机、HPC(High Performance Computing，高性能计算机群),密集计算型服务器等场景下。

请参见图9，该图为本申请实施例提供的一种计算设备的示意图。

图中所示，该计算设备100采用风冷散热方式，其机箱20内设置有计算节点10，该计算节点10可以为如前图1、图2、图4、图7和图8所描述的计算节点。对于高密算力的主板配置，能够有效降低主板PCB的制造成本，合理控制整机制造成本。

本实施方案提供的计算设备100，每个计算节点10均配置有风扇30，该风扇作为风冷散热装置可提供流经计算节点的散热气流，该散热气流与节点发热器件完成换热，并将热量带走。以处理器为例，处理器的工作发热可换热至与其贴合适配的散热器，散热气流通过散热器可将热量带走。应当理解，该风扇30可以位于在发热器件的上游侧，也可以位于发热器件的下游侧，风冷散热的具体功能实现可以利用现有技术实现，故本文不再赘述。

请参见图10，该图为本申请实施例提供的另一种计算设备的示意图。

图中所示，该计算设备100'采用单相浸没式液体冷却方式，机箱20'内设置有计算节点10，该计算节点10可以为如前图1、图2、图4、图7和图8所描述的计算节点。本实施方案提供的计算设备100'还包括冷却循环回路，各计算节点10浸没在机箱20'中的制冷工质中，该冷却循环回路配置有换热装置30'。应该理解，该机箱20'为密闭腔体。

设备运行过程中，各节点工作发热换热至制冷工质，高温制冷工质通过冷却循环回路输送至换热装置30'，制冷工质在换热装置30'完成换热，低温制冷工质再输送至机箱20'中，进入下一个工作循环。在具体实现中，计算节点10可完全或部分浸入制冷工质中。应当理解，单相浸没式液体冷却方式可以利用现有技术实现，故本文不再赘述。

请参见图11，该图为本申请实施例提供的又一种计算设备的示意图。

图中所示，该计算设备100″采用相变浸没式液体冷却方式，机箱20″内设置有计算节点10，该计算节点10可以为如前图1、图2、图4、图7和图8所描述的计算节点。本实施方案提供的计算设备100″还包括冷却循环回路，各计算节点10浸没在机箱20″中的制冷工质中，该冷却循环回路配置有冷凝装置30″。应该理解，该机箱20″为密闭腔体。

设备运行过程中，各节点工作发热换热至制冷工质，当制冷工质温升至其沸点时汽化，汽态工质在冷凝装置30″与冷凝盘管换热冷却，凝结形成液态工质再被输送至机箱20″，进入下一个工作循环。同样地，浸没式液体冷却方式可以利用现有技术实现，故本文不再赘述。

在具体应用中，该计算设备可以为服务器，也可以为向企业或服务提供商核心网络提供入口点的包括主板的边缘设备(edge device)，例如但不限于，路由器、路由交换机、IAD(综合接入设备，Integrated Access Device)、多路复用器，以及各种城域网(MAN)和广域网(WAN)接入设备。此外，计算设备也可以为个人电脑(personal computer，PC)。

应当理解，相应计算设备的其他功能构成非本申请的核心发明点所在，故本文不再赘述。以上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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种计算节点，其特征在于，包括第一主板、第二主板、第一处理器、第二处理器、第一无线连接器和第二无线连接器；

所述第一主板和所述第二主板堆叠设置；

所述第一处理器和所述第一无线连接器设置于所述第一主板；

所述第一处理器和所述第一无线连接器电连接；所述第一无线连接器用于传输第一处理器的信号；

所述第二处理器和所述第二无线连接器设置于所述第二主板；

所述第二处理器和所述第二无线连接器电连接；所述第二无线连接器用于传输第二处理器的信号；

所述第一无线连接器与所述第二无线连接器无线连接，以在所述第一处理器和所述第二处理器之间传输信号。

2.根据权利要求1所述的计算节点，其特征在于，

所述第一处理器设置于所述第一主板的第一板面；

所述第二处理器设置于所述第二主板的第一板面；

所述第一主板的第二板面和所述第二主板的第二板面相向设置；

所述第一无线连接器设置于所述第一主板的第一板面或第二板面；

所述第二无线连接器设置于所述第二主板的第一板面或第二板面。

3.根据权利要求1所述的计算节点，其特征在于，

每个所述第一处理器与一个或多个所述第一无线连接器电连接；所述一个或多个第一无线连接器用于传输所述第一处理器的信号；

每个所述第二处理器与一个或多个所述第二无线连接器电连接；所述一个或多个第二无线连接器用于传输所述第二处理器的信号。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的计算节点，其特征在于，所述第一无线连接器和所述第二无线连接器数目相同，且所述第一无线连接器和所述第二无线连接器一一对应无线连接，以在所述第一处理器和所述第二处理器之间传输信号。

5.根据权利要求4所述的计算节点，其特征在于，所述第一无线连接器和所述第二无线连接器在垂直板面的方向上一一对应设置。

6.根据权利要求3所述的计算节点，其特征在于，每个所述第一无线连接器与多个所述第二无线连接器无线连接；或多个所述第一无线连接器与一个所述第二无线连接器无线连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的计算节点，其特征在于，所述第一处理器通过所述第一主板上的过孔与所述第一无线连接器电连接；所述第二处理器通过所述第二主板上的过孔与所述第二无线连接器电连接；其中，所述过孔为通孔或盲孔。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的计算节点，其特征在于，所述第一无线连接器和所述第二无线连接器为基于极高频通信构建的连接器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的计算节点，其特征在于，所述第一无线连接器和所述第二无线连接器之间的无线通信为全双工通信。

10.一种计算设备，其特征在于，所述计算设备包括机箱和如权利要求1至9中任一项所述的计算节点。

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