CN117055707A - 一种基于ocsp主板实现的gpu服务器系统 - Google Patents

一种基于ocsp主板实现的gpu服务器系统 Download PDF

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Abstract

本发明使用OCSP板型的主板来开发6U高度8 OAM的GPU机型，充分保留了OCSP主板的优势；将pcie扩展板和OCSP主板采用上下叠放的布置方式，将两者信号和供电进行捆绑，仅通过pcie扩展板的连接器与背板连接，解决了电源和信号连接问题；将GPU模块布置在机箱上层，使得pcie扩展板连接器与GPU底板连接器相互靠近，缩短了走线长度及背板尺寸；将机箱背板分开成信号背板和电源背板，且两块背板重叠放置，简化了服务器板卡间的连接设计，且进一步缩减了信号背板的pcb板材面积；通过改进散热模组的相关设计，在不增加功耗成本的前提下，进一步提高了散热效率。

Description

一种基于OCSP主板实现的GPU服务器系统
技术领域
本发明涉及服务器系统的架构设计领域，具体涉及一种基于OCSP主板实现的GPU服务器系统。
背景技术
当前，随着信息化水平的不断提高，计算机算力的逐步提升与突破，催生了人工智能（AI）相关技术与市场的爆发式繁荣。由此，各领域呈现出数据的爆炸性增长，也对数据采集、整合、传输、处理、存储等提出了越来越高的要求。
GPU服务器，或又称人工智能服务器，作为近年服务器中的一个新品类，主要指承载多个大算力GPU卡（或模组）的服务器，很好的满足了当前对大数据、高算力的需求。
在服务器中，主板是整台设备的核心部件，关系到服务器整机的性能以及稳定性。但对于销量并不高的大型GPU服务器而言，开发带信号连接器、结构上专门用于连接背板的主板，从成本和开发周期上来讲并不划算。故选择合适可从市场上获取到的现有主板，兼顾信号信号、供电、结构安装、散热、成本以及进度风险等各方面条件要求，高效快速开发GPU服务器整机，是目前工作的重点。
然而，现有的EATX板型服务器主板、T型服务器主板、OCSP板型主板等主流主板或不满足内存需求，或开发成本高，pcie接口的扩展不够灵活方便，或无法与背板直接对接。
发明内容
为解决现有主流主板存在的核心性能、开发成本、扩展便捷性、与背板对接等方面的技术问题，本发明提供一种基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，包括：OCSP主板、pcie扩展板、GPU模组、存储模组、信号背板、电源背板、供电模组、散热模组、IO模组；
其中，所述存储模组位于所述服务器前面板一侧，所述供电模组、所述IO模组位于所述服务器后面板一侧，所述信号背板、所述电源背板位于所述供电模组朝向所述服务器前面板一侧；
所述OCSP主板与所述pcie扩展板自下而上依次叠放布置，位于所述OCSP主板上的CPU与位于所述pcie扩展板上的switch芯片之间通过多组pcie信号线缆通信连接；
所述pcie扩展板通过第一连接器与所述信号背板的一端电连接；
所述pcie扩展板靠近所述第一连接器的一端设置有第一供电接口，所述OCSP主板上与所述第一供电接口相对的位置设置有第二供电接口，所述第一供电接口与所述第二供电接口之间设置有导电柱。
在一些实施例中，所述导电柱为导电铜柱，可插拔连接于所述第一供电接口与所述第二供电接口之间；
且，所述导电铜柱的直径自连接所述第一供电接口的一端向连接所述第二供电接口的一端逐渐减小。
在一些实施例中，该GPU服务器系统还包括第一轨道构件，所述OCSP主板与所述pcie扩展板通过所述第一轨道构件实现向所述服务器前面板方向的抽拉。
在一些实施例中，所述GPU模组包括GPU底板以及设置于所述GPU底板上方的8个OAM模组；
其中，所述8个OAM模组中的4个OAM模组靠近所述服务器后面板，所述8个OAM模组中的另外4个OAM模组靠近所述服务器前面板；
且，所述GPU底板位于所述pcie扩展板的上方。
在一些实施例中，所述GPU底板通过第二连接器与所述信号背板的另一端电连接；
且，所述第一连接器与所述第二连接器均位于所述信号背板朝向所述服务器前面板的一侧。
在一些实施例中，该GPU服务器系统还包括第二轨道构件，所述GPU模组通过所述第二轨道构件实现向所述服务器前面板方向的抽拉。
在一些实施例中，所述电源背板包括实体部及载置部，所述载置部位于所述实体部下方；
所述信号背板位于所述载置部内的挖空区域。
在一些实施例中，所述散热模组包括OCSP主板散热模块、pcie扩展板散热模块以及供电模组散热模块；
其中，所述供电模组散热模块为后置式，所述OCSP主板散热模块位于所述OCSP主板朝向所述服务器前面板的一侧，所述pcie扩展板散热模块位于所述pcie扩展板朝向所述服务器前面板的一侧。
在一些实施例中，所述pcie扩展板上共4颗所述switch芯片，所述pcie扩展板散热模块包括分别与所述4颗switch芯片相对应的4颗4056风扇。
在一些实施例中，所述多组pcie信号线缆为MCIO线缆。
本发明使用OCSP板型的主板来开发6U 8 OAM的GPU机型，充分保留了OCSP主板的优势；将pcie扩展板和OCSP主板采用上下叠放的布置方式，将两者信号和供电进行捆绑，仅通过pcie扩展板的连接器与背板连接，解决了电源和信号连接问题；将GPU模块布置在机箱上层，使得pcie扩展板连接器与GPU底板连接器相互靠近，缩短了走线长度及背板尺寸；将机箱背板分开成信号背板和电源背板，且两块背板重叠放置，简化了服务器板卡间的连接设计，且进一步缩减了信号背板的pcb板材面积；通过改进散热模组的相关设计，在不增加功耗成本的前提下，进一步提高了散热效率。
附图说明
图1为现有技术中6U高度的8 OAM模组GPU服务器架构；
图2为本发明提出的6U高度的8 OAM模组GPU服务器侧视图；
图3为本发明提出的pcie扩展板散热模块的相关设置。
附图标记说明：1-4号OAM模组1、5-8号OAM模组2、GPU底板3、switch芯片4、pcie扩展板5、CPU6、OCSP主板7、存储模组8、OCSP主板散热模块9、pcie扩展板散热模块10、第一连接器11、第二连接器12、pcie信号线缆13、导电柱14、信号背板15、电源背板16、IO模组17、供电模组18、风扇19、导风板20、导风鳍片21。
具体实施方式
以下说明的技术可进行多种变换，并可具有多种实施例，在此结合附图以特定实施例进行详细说明。然而，这并不意味着将下文描述的技术限制于特定实施例。应当理解，在不脱离下文所描述的技术的精神和技术范围的情况下，本发明包括所有类似的修改、等同及替代。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”。
GPU服务器的结构通常采用19英寸标准机架式，高度通常不小于4U，比较典型的两种形态分别是4U高度的10 GPU大卡机型和6U高度的8 OAM模组机型。典型的6U高度的8 OAM模组GPU服务器架构包括：主板、存储模块、OAM模组模块、背板、供电模块、pcie扩展板等，如图1所示。
主板作为整台设备的核心部件，关系到服务器整机的性能以及稳定性。常见的主板有如下三种类型：
（1）EATX板型服务器主板
目前最常见的服务器板型是EATX板型，是Extended ATX的缩写，主要用于通用服务器、工作站等领域。它的标准尺寸为12 × 13英寸(305mm × 330 mm)。
EATX板型的主板是2U标准服务器最常用的标准板型，它的优点在于采用线缆供电，可以方便布置电源模块的位置，且主板提供6-7个pcie插槽，能直接安装pcie标准卡，满足安装4个GPU卡外加若干网卡或raid卡的应用。但对于需要更多GPU支持的场合，由于主板上并不提供更多的pcie接口，无法再做扩展。
同时由于EAXT板型受到宽度限制，通常无法支持32个内存条，且由于两颗CPU前后放置，CPU散热也会受到影响，通常在GPU服务器应用中无法支持最高功率的CPU型号。
（2）T型服务器主板
此类主板无特殊的长宽尺寸定义，所谓T型是指在主板的下方有四个电源模块的插口，下方中间的pcb将左右各两个电源模块插口隔开，像一个大写字母T的形状。
T型服务器主板通常用于4U高度的10 GPU大卡机型，主板可以直接对接4个电源模块，不需要使用电源板做转接，机箱内部结构简洁，但在6U高度的8 OAM模组机型应用中，T型服务器主板的4个电源接口无法与背板对接，需要制作专门的电源转接板，更重要的是，T型服务器主板通常都是服务器厂家定制产品，购买主板的商务难度高，单板成本高。
（3）OCSP板型主板
OCSP是intel主导的开放通用服务器平台的缩写，定义了开放的机箱、电源、主板、硬盘、风扇和扩展模块的解耦标准，目的是构建良好的服务器部件生态系统，减少研发重复投入，进而提高系统厂商在小批量定制、质量和成本方面的市场竞争力。
OCSP板型主板的优点是主板核心部分与IO接口解耦，可实现IO接口的灵活搭配，并且由于是目前Intel主推的通用服务器主板规范，有众多主板厂家加入其中，主板选择面很大。OCSP规范定义的Intel新一代服务器主板，pcie资源多数通过MCIO线缆形式引出，灵活性得到有限保证。
OCSP板型主板板载2个电源接口，可直接对接CRPS标准电源模块，但也同样无法与背板直接连接。
上述三种主流版型主板的不足如下表所示。
有鉴于此，本发明基于OCSP板型的主板，围绕6U 8 OAM的GPU机型提出了一系列关于结构、信号、供电等方面的改进，在改善OCSP主板缺点的同时，提高了总体性能。
图2为本发明提出的6U高度的8 OAM模组GPU服务器侧视图。
请参照图2，该基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，包括：OCSP主板7、pcie扩展板5、GPU模组、存储模组8、信号背板15、电源背板16、供电模组18、散热模组、IO模组17。
其中，存储模组8位于服务器前面板一侧，供电模组18、IO模组17位于服务器后面板一侧，信号背板15、电源背板16位于供电模组18朝向服务器前面板一侧。
位于中间位置处的，是从上到下依次叠放的GPU模组、pcie扩展板5与OCSP主板7，位于OCSP主板7上的CPU6与位于pcie扩展板5上的switch芯片4之间通过多组pcie信号线缆13通信连接；且pcie扩展板5通过第一连接器11与信号背板15的一端电连接。
在pcie扩展板5靠近第一连接器11的一端设置有第一供电接口，在OCSP主板7上与第一供电接口相对的位置设置有第二供电接口，第一供电接口与第二供电接口之间设置有导电柱14。
如此设计，OCSP主板7与pcie扩展板5被绑定成为一个整体，除去与存储模组8间的交互信号外，CPU6的其它对外pcie信号以及供电均通过pcie扩展板5完成，使得OCSP主板7与信号背板15及电源背板解耦16，从而规避OCSP板型先天的缺陷，即无对接背板的信号连接器和电源连接器。
更进一步的，由于pcie扩展板5和OCSP主板7采用上下叠放的布置方式，两者信号和供电进行了捆绑，统一通过pcie扩展板5的第一连接器11与信号背板15接触，即OCSP主板7不直接电连接背板。可通过冠簧连接器从pcie扩展板5取电，配合使用背板电源连接器。
同时，pcie扩展板5和OCSP主板7与位于其朝向服务器前面板一侧的存储模组8一起，构成一个整体，从而可以将pcie扩展板5、OCSP主板7以及存储模组8作为一个整体，从GPU服务器前面板方向进行抽拉，极大地方便了日常的维护与检修工作。
位于OCSP主板7上的CPU6与位于pcie扩展板5上的switch芯片4之间通信连接的多组pcie信号线缆13具体为MCIO线缆。
导电柱14为导电铜柱，可插拔连接于第一供电接口与第二供电接口之间；且导电铜柱的直径自连接第一供电接口的一端向连接第二供电接口的一端逐渐减小。
由于pcie扩展板5与OCSP主板7在进行抽拉时需要作为一个整体同步移动，对二者之间的相对位移以及电接触均有着较高的要求。而导电铜柱的这种倒圆台状设计，不但起到了辅助支撑与连接的作用，还保障了稳定的电气连接。
该GPU服务器系统还包括第一轨道构件，OCSP主板7与pcie扩展板5通过第一轨道构件实现向所述服务器前面板方向的抽拉。
具体的，该抽拉结构为两段式滑轨，包括第一滑轨部分及第二滑轨部分。第一滑轨部分相较于第二滑轨部分更靠近服务器前面板，且第二滑轨部分具备阻尼结构，使得在相同抽拉力的作用下，在第一滑轨部分的移动速度大于在第二滑轨部分的移动速度。
GPU模组包括GPU底板3以及设置于GPU底板上方的8个OAM模组，这8个OAM模组共占用3U的高度。
这8个OAM模组中的4个OAM模组即5-8号OAM模组2靠近服务器后面板，另外4个OAM模组即1-4号OAM模组1靠近服务器前面板；即8个OAM模组分排并行排布。
GPU底板3通过第二连接器12与所述信号背板15的另一端电连接。且第一连接器11与第二连接器12均位于信号背板15朝向服务器前面板的一侧。
该GPU服务器系统还包括第二轨道构件，GPU模组通过第二轨道构件实现向服务器前面板方向的抽拉。
具体的，该抽拉结构也为两段式滑轨，包括第三滑轨部分及第四滑轨部分。第三滑轨部分相较于第四滑轨部分更靠近服务器前面板，且第四滑轨部分具备阻尼结构，使得在相同抽拉力的作用下，在第三滑轨部分的移动速度大于在第四滑轨部分的移动速度。
如前所述，由于GPU模组布置于机箱上层，即GPU底板3位于pcie扩展板5的上方，且pcie扩展板5与OCSP主板7捆绑，GPU底板3连接信号背板15的第二连接器12与pcie扩展板5连接信号背板15的第一连接器11之间的垂直距离只有4.4cm，相比常见GPU服务器的背板垂直距离减少了13.2cm，使得pcie5.0的信号衰减至少减少了5db，且同样因为第一连接器11、第二连接器12的垂直距离减小，信号背板15的PCB面积也可以大幅减小，从而降低超过75%的PCB板材成本。
该GPU服务器系统包括信号背板15与电源背板16，电源背板16包括实体部及载置部，载置部位于实体部下方；且信号背板15位于载置部内的挖空区域。
也就是说，信号背板15与电源背板16在机箱轴线方向采用重叠放置的方式，即尺寸较小的信号背板15布置在电源背板16内部掏空的区域，两者的PCB在轴向方向处于同一平面，从而使得整个供电过程不再需要从电源背板16到信号背板15再到GPU底板3或pcie扩展板5，而直接是电源背板16到GPU底板3或pcie扩展板5，大大的简化了服务器板卡间的连接设计。
对于IO模组17，可通过制作延长板的方式补齐长度差，从而实现IO接口从后窗的伸出。
散热模组包括OCSP主板散热模块9、pcie扩展板散热模块10以及供电模组散热模块。其中，供电模组散热模块为后置式，OCSP主板散热模块9位于OCSP主板7朝向服务器前面板的一侧，pcie扩展板散热模块10位于pcie扩展板5朝向服务器前面板的一侧。
作为一种优选方案，pcie扩展板5上共设置4颗switch芯片4，pcie扩展板散热模块10包括分别与这4颗switch芯片4相对应的4颗4056风扇。4颗4056风扇按照排列顺序依次为第一风扇、第二风扇、第三风扇、第四风扇。
如图3所示，pcie扩展板散热模块10进一步包括风扇19、导风板20以及导风鳍片21。
每颗风扇19后端均连接万向节，可根据实际需要变换方向。且第一、第二风扇19通过第一操纵杆连接，第三、第四风扇19通过第二操纵杆连接，第一操纵杆、第二操纵杆独立设置，从而实现对每颗风扇的位置、角度的调节，便于局部优化。
作为一种优选实施例，可在每颗风扇朝向pcie扩展板的一侧设置导风板20，在导风板20的内壁对称设置多个导风鳍片21，每个导风鳍片21的角度及长度均可调节，由此可通过调控每个导风鳍片21的角度及长度形成汇聚流或者发散流，进而灵活控制风速及风向。
总体而言，本发明使用符合Intel规范的OCSP板型的主板来开发6U高度8 OAM的GPU服务器，可以避免主板的研发投入，且OCSP板型主板的供应商众多，主板成本可控。
通过一系列关于结构、信号、供电等方面的改进，可以规避OCSP板型主板的先天缺陷，在兼顾高速信号、供电、结构安装、散热、成本以及进度风险等各方面考虑因素下，实现了GPU服务器整机的高效快速的研发。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明专利范围为限制，对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，包括：OCSP主板、pcie扩展板、GPU模组、存储模组、信号背板、电源背板、供电模组、散热模组、IO模组；
其中，所述存储模组位于服务器前面板一侧，所述供电模组、所述IO模组位于服务器后面板一侧，所述信号背板、所述电源背板位于所述供电模组朝向所述服务器前面板一侧；
其特征在于：
所述OCSP主板与所述pcie扩展板自下而上依次叠放布置，位于所述OCSP主板上的CPU与位于所述pcie扩展板上的switch芯片之间通过多组pcie信号线缆通信连接；
所述pcie扩展板通过第一连接器与所述信号背板的一端电连接；
所述pcie扩展板靠近所述第一连接器的一端设置有第一供电接口，所述OCSP主板上与所述第一供电接口相对的位置设置有第二供电接口，所述第一供电接口与所述第二供电接口之间设置有导电柱。
2.根据权利要求1所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，所述导电柱为导电铜柱，插拔连接于所述第一供电接口与所述第二供电接口之间；
且，所述导电铜柱的直径自连接所述第一供电接口的一端向连接所述第二供电接口的一端逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，还包括第一轨道构件，所述OCSP主板与所述pcie扩展板通过所述第一轨道构件实现向所述服务器前面板方向的抽拉。
4.根据权利要求1所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，所述GPU模组包括GPU底板以及设置于所述GPU底板上方的8个OAM模组；
其中，所述8个OAM模组中的4个OAM模组靠近所述服务器后面板，所述8个OAM模组中的另外4个OAM模组靠近所述服务器前面板；
且，所述GPU底板位于所述pcie扩展板的上方。
5.根据权利要求4所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，所述GPU底板通过第二连接器与所述信号背板的另一端电连接；
且，所述第一连接器与所述第二连接器均位于所述信号背板朝向所述服务器前面板的一侧。
6.根据权利要求5所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，还包括第二轨道构件，所述GPU模组通过所述第二轨道构件实现向所述服务器前面板方向的抽拉。
7.根据权利要求5所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，所述电源背板包括实体部及载置部，所述载置部位于所述实体部下方；
所述信号背板位于所述载置部内的挖空区域。
8.根据权利要求1所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，所述散热模组包括OCSP主板散热模块、pcie扩展板散热模块以及供电模组散热模块；
其中，所述供电模组散热模块为后置式，所述OCSP主板散热模块位于所述OCSP主板朝向所述服务器前面板的一侧，所述pcie扩展板散热模块位于所述pcie扩展板朝向所述服务器前面板的一侧。
9.根据权利要求8所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，所述pcie扩展板上共4颗所述switch芯片，所述pcie扩展板散热模块包括分别与所述4颗switch芯片对应的4颗4056风扇。
10.根据权利要求1所述的基于OCSP主板实现的GPU服务器系统，其特征在于，所述多组pcie信号线缆为MCIO线缆。
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