CN1442032A - 高扩展性互联网络超级服务器 - Google Patents

Abstract

高扩展性互联网络超级服务器(100)是由许多个商用服务器主板(134)构成，这些主板在一个具有足够电力和空间的层架机柜(110)内作为超级服务器刀片主板(132)存在。这些可移除的超级服务器刀片主板(132)在机柜(110)的前部(112)以垂直方向并排放置。机柜内装配框架中部的通道平台(130)可以向所有的超级服务器刀片主板提供电力和周边控制信号。每个超级服务器刀片主板的I/O信号在通道平台内穿过孔穴进入机柜后部的界面卡。由于一个共同的主板承载结构的存在，可扩展性超级服务器(100)在同一装配框架中可以适应不同型号的服务器主板。不同型号的商用母板(200)装配在共同的刀片主板承载结构中，此刀片主板承载结构可以向装配框架提供统一的机械界面。一种特别设计的可以插入不同型号服务器母板的PCI主卡板有两个连接器(205)，一个连接到通道平台，另一个连接到界面卡。

Description

高扩展性互联网络超级服务器

技术领域

广义地说，本发明涉及计算机程序系统。狭义地说，本发明涉及的高扩展性互联网络超级服务器由大量的商用服务器主板构成，这些主板在具有足够电力和空间的装配框架中作为超级服务器刀片主板(scalable server engine)存在。

背景技术

商业化互联网服务提供商和主机服务提供商的出现在很大程度上推动了互联网的迅猛发展，例如网络服务供应商(ISPs)、应用服务供应商(ASPs)，独立软件商(ISVs)、企业方案咨询开发商(ESPs)和管理咨询开发商(MSPs)等等。关于以上这些服务，这里并没有一个明确的定义，但通常来说，这些服务供应商和主机设备商所提供的服务就是要迎合一些、大多数甚至全部客户的需求，而这些需求则是关于主机应用、站点开发、电子商务管理以及服务器调配的，以赚取建设费用或周期性服务费为方式。例如，对于服务器调配来说，费用主要产生于根据客户特别需求并为其应用及站点指定设置的硬件和软件规格上。作为本发明的目的，术语“主机服务”意图涵盖由该领域内服务供应商及主机服务商所提供的各种不同类型的服务。为方便起见，我们称这些服务供应商及主机设备商为“主机服务提供商”(HSP)。

就像电话公司通过国际电话网络在他们的客户之间提供连线的方式一样，商用HSPs提供给用户一个可以进入网络主机应用的通道。HSPs用于提供主机应用和服务的计算机设备通常称为服务器。以最简单的方式，该服务器可以是一个通过网络界面连接到互联网上的个人电脑，它可以运行根据该服务器的用户要求专门设计的特别软件。对于HSPs提供主机服务时所使用的各种不同的传输模型，大多数HSPs将使用一组同内部网络连接的服务器集合。这个服务器集合就是我们通常所说的“服务器群组”(server farm)。在这个“群组”中，每个服务器可完成其独特的任务，也可以由几个服务器分担多项不同的任务，例如邮箱服务器、网络服务器、认证服务器和会计及管理服务器。例如在为环球网站点提供主机服务时，单一的网络服务器通常为很多小型的环球网站点聚集及提供支持，大的站点则需要由专门的服务器来支持运行。关于互连网和主机服务供应商的一般背景知识，请参见Geoff huston， ISP生存指南：竞争环境中经营ISP之策略，(1999)。

随着对互联网服务需求的日益增加，互联网产业的市场空间也就越来越大。满足这类市场需求的一种方法就是利用更大能力的计算机系统作为服务器。大型的主机和中型的计算机系统被用来做大型互联网站点和公司网络的服务器，大多数的HSPs由于考虑到高额的费用、复杂性和缺少灵活性而不倾向于使用大型计算机系统，这些HSPs反而愿意使用由许多个人电脑服务器组成的“服务器群组”(server farm)来支持运行，这些服务器连接到一个共用的互联网连线或调制解调器组上，有时也会进入一组磁盘驱动器中。当HSP增加一个主机服务客户时，一个或更多的个人电脑服务器被手动地增加到HSP“服务器群组”中，并且为此客户安装了特定的软件和数据(例如，网络内容)。通过这种方式，HSP仅仅配置一定水平的硬件来支持它当前客户的需求，同样重要的，HSP可向客户收取前期装置费用以支付该硬件的主要成本。通过使用这种方式，HSP不必提前支付附带大量冗余容量的大型计算机系统费用，而这些费用是不会立即为HSP产生收益的。和使用一个大型主机为不同的客户提供支持相比，“服务器群组”提供了一套简单易行的方法，这套方法在不同客户共存的运行环境中可以确保客户资料的安全性和数据完整性。如果为一个客户服务的服务器只装载该客户的软件，并且只连接到该客户的数据，则客户信息因而独立处理，安全得到保障。

到目前为止，HSPs有两种建立“服务器群组”的方式。一种方式就是使用由同一制造商提供的一组同质个人电脑系统(硬件和软件)。另一种方式则是使用由不同的制造商提供的个人电脑系统。同质方式带来的好处就是HSP只需要支持一个单一的服务器平台，但同时它也使HSP限制在这个单一平台中，异质方式使用来自不同制造商的系统使其运行更加灵活并且一个显而易见的好处是针对特定的客户和任务可以使用最适合的服务器硬件和软件平台，但是这种灵活性所付出的代价就是运行环境更加复杂和处理不同服务器平台所带来的种种麻烦。

随着HSPs的容量增加，在机房和数据中心的服务器数量也相应增加。为了使机房和数据中心的空间更好的利用，HSP将建立层架式机柜(rack mounted cabinet)来放置大量的服务器。在这个层架式机柜中，个人电脑服务器和开关设备、调制解调器可以垂直也可以水平堆放。作为传统个人电脑放置方法的进一步改进，服务器发展为以机柜式布局放置，也就是我们所说的好像“薄饼箱”或“U”式格局，这样，每个服务器水平滑动进机柜的一个或更多的孔槽。以这种方式布局的同质方式服务器包括Cobalt Network System的RaQ服务器组，IBM的Netfinity服务器组和Hewlett-Packard的A-class服务器组。

尽管利用层架安装服务器在节省空间方面和传统的塔式机柜个人电脑服务器(tower)放置方式相比有了一定的进步，在服务器群组中安装或增加新的层架式服务器仍然是一项艰巨的任务，包括大量的电线及线路接驳以及许多网络和软件安装工作都必须手动完成。除此之外，因为层架式服务器被设计成一个独立的计算机系统，所以每个服务器都有自己的电源。为了保持服务器整体费用的合理性，这些个体电源都不昂贵因此也是相对低效的。由大量的层架式服务器组成的“服务器群组”带来的负面结果就是消耗大量的电和浪费大量热能。这个问题在允许最大量服务器逐层垒放的超薄1U式中更为明显。因为每个1U服务器是在层架箱中水平定位的，箱内空气流动不畅并且1U服务器的高度也使利用一个足够大的风扇来解决空气流通的问题变得不可能。

一个更有效放置服务器的方法是ChatCom公司的Chatterbox服务器行列(server line)。Chatterbox系统的机架(chassis)支持一定数量的前部装载、热交换模型，包括服务器母板(motherboard)、电源和RAID驱动器。在这个系统中，特别设计的服务器母板以垂直方向滑向主板机架，和层架装水平方向的服务器正好相反。母板的设计则能够适应早期作为主要CPU的Intel处理器的不同版本，该母板包括一个连接着调制解调器的COM监视端口，在该母板上还安装着一个监视调制解调器并且管理I/O端口到主要CPU的连线的微型控制器和相关软件。主要CPU是Intel或Intel386、486，奔腾或Pentium Pro处理器。母板不是ChatCom公司自己的设计就是来自早期个人电脑母板制造商的普通AT式板这些早期的服务器，电力可以从主板机架中的热交换电源直接进入母板。和现在的服务器使用具有集合电力管理和控制功能的标准ATX电力供应不同的是，这些早期的服务器没有和母板标准线路相接的电力管理和控制系统。

尽管Chatterbox服务器行列使进入热交换模型更为方便，但是调制解调器和网卡的连线工作不得不在热插拔单元的后部单元进行，这样，在不移动热插拔单元的前提下，移动连线就变得很困难。而在传统的塔式(tower)个人电脑服务器中，网卡和调制解调器卡插入连接器插口并以垂直方向进入母板表面。在Chatterbox服务器行列中，这些卡为了使母板模型垂直嵌入主板机架必须水平定位于母板表面。这就使进入网线连接变得困难，如果需要改变线路就不得不从主板机架移动母板模块。

其它一些套装包已被应用于服务器。美国专利号为5,877,938的服务器套装包系统提供热交换磁盘驱动器和电源模型，并且在主板机架顶端用一个水平分隔盘装置以水平方向叠起依盘滑行的服务器母板。美国专利号为6,025,989的层架装计算机处理器模型排列可以将磁盘驱动器、风扇、母板和电源进行有序排列。

其它型号的多种计算机处理器系统的套装包力争解决以下问题，通过运用一个中段平面排列有效地将每个元件线路划分为前处理器部分和从中段平面中分离出来的后I/O部分的方式来定位和存取多种元件。在美国5,251,097号专利中描述了一个直角中端平面的超级计算机软件包体系结构，I/O部分在前部连接到中段平面，在后部连接到背板。美国5,488,541号专利描述了一个VME背板(该背板带有一个可以连接的中段平面)将多个处理器连接到一起。美国5,912,802号专利描述了一个装有电话服务交换器元件的中段平面电信交换器机柜。

能够在个人电脑普通塔式装置方式中使用不同型号母板的发明已被授予专利，美国专利号码为：6,035,356和6,094,351。6,035,356号专利是一个为塔式个人电脑设计的交叉平台结构，该结构使用两块板以代替传统的单个母板。第一块板是一个处理板，第二块板是I/O板。这些板以垂直方向定位，以偏移终端对终端水平方向被安放在一个拉长的空间内并且被一对连接器连接。通过这种方式，不同的母板可以通过一对连接器连接到一个普通设计的I/O板上。美国6,094,351号专利：两个不同种类的可移动背板可以在普通的塔式箱中适应不同型号的母板。

尽管在计算机处理器、服务器套装包方面取得了很大的进步，高扩展性互联网络超级服务器仍希望可以提供一种装置，使该服务器可以在一个有高效电力和空间的机柜中容纳大量商用服务器主板。

发明内容

本发明是由多个商用服务器主板构成的高扩展性互联网络超级服务器，这些主板作为服务器的刀片主板(blade)存放在一个具有足够电力和空间的机柜内。这些刀片主板(blade)在机柜的前部以垂直方向移动定位。

在机柜内主板机架(chassis)中部的通道平台(through plane)为所有的超级服务器刀片主板(blade)提供共用的电力和周边控制信号。每一个超级服务器刀片主板(blade)的I/O信号穿过通道平台缝隙到达位于机柜后部的界面卡。由于一个共同的刀片主板承载结构(common blade carrier structure)的存在，高扩展性超级服务器在相同的主板机架中可以适应不同型号的服务器主板。不同型号的商用母板被装在一个为主板机架(chassis)提供独特机械界面的共同的刀片主板承载结构中。一个特别设计的PCI主板可以插入不同型号的母板中，这个主板有两个连接器，第一个连接到通道平台，第二个连接到界面卡。冗余热切换高效电源连接到通道平面上的共同电源信号上。主板包括线路管理，其可以通过仿效ATX电力管理协议把电力信号分配到服务器平板上。可替换的风扇托盘安装在刀片主板(blade)下面以用来冷却超级服务器。机柜容纳多排超级服务器主板(blade)，这些超级服务器主板(blade)和层架网络开关及磁盘驱动器层叠放置。

本高扩展性超级服务器在设计上和现存的服务器相比具有极大优势。不同于现存的同质服务器构造依赖同一制造商提供的相似服务器平板，高扩展性互连网络超级服务器支持许多可以安装在同一主板机架(chassis)中的不同型号的商用服务器平板。这样就使HSP在同一主板机架中针对不同的应用使用不同的服务器平板。当这些平板处于适用状态时，就可以确保最新的ATX母板的应用，并且享有ATX商品母板因量产而增加可靠性及降低成本的优势。

独特的通道平台设置提供了服务器刀片主板(blade)和界面卡的热切换能力。不需要拔去界面卡或网络网线，个体刀片主板(blade)就可以被移走和替换。这就除去维护电脑系统的最大故障，即那些由I/O网线断开或重接所引发的问题。所有数据路径的连接都是独立隔离的，这样做的目的是为了防止在刀片主板(blade)移走或插入的过程中发生数据错误。本架构中，主板的第二个连接器和通道平台后部的界面卡之间有一个被动的I/O背板。通过I/O背板传送PCI信号，这样可以排式安装每个超级服务器主板的多个界面卡。

高扩展性超级服务器的设计高效修正不同层次的错误，并以一种高效的方式在所有元件之间进行冗余替换。服务器刀片主板(blade)可以很容易及自动地从一个客户分配到另一个客户。这使主板为回应改变客户的需求动态分配刀片主板成为可能。并且允许HSP利用剩余服务器资源，否则这些资源将静态地分配给单个客户区域。多余的超级服务器刀片主板(blade)可以从速分配给一个特定的客户并且在某个服务器刀片主板(blade)发生故障时即时地上线服务。电源更适宜高效和三倍冗余。相似地，多重风扇托盘的使用为每一排的超级服务器刀片主板(blade)提供冷保护。高扩展性超级服务器的整体设计简化了维护需求。

首选架构采用19英寸NEBS机柜，一个单独的服务器机柜可以容纳32个超级服务器刀片主板。本高扩展性超级服务器和传统的2U层架式装服务器相比，提供相同的服务器容量却只占用一半的空间，节省了75％的电力和空调系统的需求。

每一个超级服务器刀片主板的电路管理都做到在超级主板的I/O网络之外仍能保持对高扩展性超级服务器的高效管理和控制。这个电路通过仿效标准ATX电力管理协议及与母板处理器的中介的沟通，报告即时状态及错误状况，控制电力的上升和下调。

当多个机柜并排放置时，所有的超级服务器主板都可以连接并由一个单独的控制台和键盘来控制。共用的外部设备，例如键盘、视频、鼠标、磁盘驱动器可以被系统操作员有选择地切换到任何超级服务器主板。

附图说明

图1以全面立体的视角展示了单个机柜式高扩展性互联网超级服务器的内部和外部结构(分解图)。

图2是从前方观测的角度绘制的四个并排放置的机柜高扩展性互联网超级服务器平面图。图3是从上方对互联网超级服务器的主板机架的部分观测。

图4是对两个并排放置的机柜超级服务器内部立体剖析图。

图5、6和7是从上部、边侧及全视角观测的风扇托盘立体剖析图。

图8和9是从前部和后部观测的冗余电源的立体图。

图10是高扩展性超级服务器的一扇门的立体剖析图。

图11-14是超级服务器主板的不同装配步骤的立体剖析图。

图15是通道平台的全方位观测。

图16是通道平台的前方观测效果。

图17是电力供应系统后部共享外部连接器的立体图。

图18，19和20是传统的I/O背板的全方位观测图。

图21-31是为了更好体现本发明主板的示意图。

具体实施方式

参照图1，本高扩展性互联网超级服务器100的总体观测图就具体地呈现出来。为便于描述，尽管我们大家都知道服务器的扩展性允许大量机柜110装配在一起组成一个单独的超级服务器100，我们还是先描述安装在机柜110内的服务器100。

机柜110有一个前面(front side)112，一个后面(rear side)114，一个左侧面(left side)116和一个右侧面(right side)118。在一个单独的机柜中，同机柜110每个边角的链组122相连的螺丝、其它配件及相似的钉牢装置121将同每个左侧面116和右侧面118相对应的平板或平面120固定在机柜110上。我们也可以选择将面板120焊接到机柜110上以组成一个完整的装配。在多个机柜并存的情况下，由并排方式排列的110机柜的位置决定，也许会短缺一个或两个面板120。最好，至少提供给前面112一个门板124，这个门板用铰链125连接到前面112上。另一种选择是，也可以将类似门板124附加于后面114上，门板124通过一个门拴126锁在机柜110上，作为选择，也可以用其它方法将门板124附加及稳固于前面112或后面114上，例如滑行附加、悬挂附加、或移动附加。另外，由结构、冷却及电绝缘的要求所决定，127板也许会随意地安装在机柜110的顶部或底部。一般来说，机柜110是一个19″NEBS适应金属架，该金属架19″宽，1000mm深，84″高。机柜110更适宜用金属制造。面板120和门板124可以是金属、玻璃纤维或塑料，这要取决于重量、成本和电绝缘等因素。不同于大多数的存放个人电脑服务器的层架式机柜，本发明之NEBS机柜达到了NEBS对于机柜式电力设备装置所要求之空气流通、灰尘、冲激及震动限制之相关标准。

参照图1-3，通道平台130在110机柜中将前面112从后面114中分离出来，机柜的该部分承载大多数超级服务器主板132(blade)和大多数界面卡134。每个服务器刀片主板(blade)132至少包含一个处理器，每个界面卡管理着附带磁盘存储的相关处理器的至少一个输入/输出信息通道(例如，一个SCSI磁盘的阵列，一个存储网络阵列(SAN)单元或一个纤维信道(FC)磁盘阵列)或信息交换器(例如FC开关、ATM开关、Ethernet等或调制解调器)。前门平板124容许从前面112通往刀片主板(blade)132的通道，后门平板124允许从后面114到界面卡134的入口。即使不需要移动前面112上的刀片主板132，也很容易从后部114进入用来连接界面卡134和相关的磁盘存储器或信息交换设备的网线(未显示)。相似的，我们也可以在不需要断开、干扰这些界面卡134和网线的情况下替换服务器刀片主板(blade)132。

图2较好地体现了两个分开的主板机架128以重叠的方式放置在独立的机柜110中的状态，每一个主板机架128为16个超级服务器刀片主板132提供空间。在这个图中，每个主板机架128包括两个层叠的次主板机架(sub-chassis)129，每个次主板机架129为八个刀片主板(blade)提供空间。我们下面即将描述的就是由被安装在一对次主板机架129下的电源架144组成的完整的主板机架128。在有两个主板机架128的结构中，一共有32个超级服务器刀片主板132装在单个机柜110中。尽管以上的描述和每柜内有一对次主板机架129及主板机架128有关，但我们也可以理解为我们现在的发明对一定数量的超级服务器主板132、次主板机架129及主板机架128的其它排列方式进行了探索。也可以这样理解，尽管本发明只描述了机柜装有多层主板机架128的情况，但关于本发明的其它层架安排，包括架框、机柜或超级服务器主板132的安置模式均被列入本发明范畴之内。本发明的刀片主板(blade)132在每个次主板机架129中垂直定位，其它元件也可以安装在机柜110中。

如图2、3所示，大部分的风扇托盘(fan tray)140都被可移动地安装在主板机架128的底部以冷却服务器刀片主板(blade)132。参照图5、6和7，每个风扇托盘140都具有多个个体风扇单位142，这样可以确保在某个风扇单位发生故障时，风扇仍可以制造足够的冷气以冷却超级服务器主板(blade)132。在每个风扇托盘140的后部有一个插入电源连接。风扇托盘安装于次主板机架128中，它可以用手操作超大型螺丝或其它形式的旋钮固定。为了达到更好的效果，每个次主板机架128有3个风扇托盘140，每个风扇托盘140中有3个风扇单位142。

如图8，9所示，大量的电源144以移动的方式安装在电源盒146中，电源盒146安装在主板机架128中与次主板机架129分离。电源盒146包括一个AC/DC板148，该板调整来自电源144的电力并将该电力传送至通道平台130。在首选架构中，至少有3个可移动电源144安装在电源盒146中，尽管事实上只需要两个电源就可以为整个组装机柜110提供电源。这种设置方式使得当一个电源144发生故障时可以由冗余电源有效替代。

共有四个电力控制器144通过轨道170以滑动的方式装在电力控制匣146中。在首选架构中，电源144是400瓦特高效多能量输出电源，例如由Magnetec公司生产的HP3系列电源。位于AC/DC板148前部的连接器172附加于电源后部的连接器174上，使电源可以被热切换。AC/DC板148的前面178部分有一个插件程序CD驱动器或硬盘驱动器的标准外部连接器176。一套共享外部连接器179被安装在AC/DC板148的后部。共享外部连接器179和图15展示的直接外部连接器304具有相同的功能。本系统用电子快速开关来使每个主板132与外部绝缘并在单独按下某个刀片主板(blade)132选择按钮时使该主板与外部连接。

作为一种更好的实现方式，AC/DC板148同样也包括为共用外部设备设置的连接器，例如一个CD驱动器150和一个BOOT磁盘驱动器152。在AC/DC板148或通道平台130上也有为其它共用外部设备设置的外部连接器，例如包含有键盘、鼠标和显示器的普通控制台。

如图2显示，每个主板机架128，包括两个次主板机架129、一个电源盒146和一排风扇托盘140，的高度大约是37″。在特殊需要时，为了适应安装四块处理器，主板机架128的高度大约要达到40″。而图1则从另一方面体现了以下特点，每个主板机架128中有一个单独的次主板机架(sub-chassis)可以承载8个刀片主板128，在每个次主板机架129的底部放置风扇托盘140和电源盒146。

数据交换层架装备154，例如光纤信道数据交换机或交叉线路数据交换机也可以放置在机柜110中。在首选架构中，机柜110的深度和前后皆可进入性允许在机柜同一孔槽内的前及后方安装两个标准的1U开关。在另一架构中，层架磁盘存储单元156可以代替一个或更多的主板机架128。再者，由于机柜的深度适当并且从前后都可以进入机柜110，在同样的孔槽内，独立磁盘存储单元156可以依据此单元的深度成倍增长。

层架式机柜110可以实现很多元件的配置。其它型号的外围设备，例如可交换存储设备、不同种类的数据交换设备、调制解调器等和像软盘或磁盘驱动器等的各种共用外围设备(只要这些元件直接或通过一个次结构支持层架装机柜)，也可以安装在主板机架110中。

参照图2、4，将要描述的是由多个机柜110组成的高扩展性超级服务器102。在这个系统中，两个或更多的机柜110组合到一起构成一个高扩展性超级服务器102。机柜110并排放置，为了使结构紧密并且便利相邻的机柜连接网线，需要至少移走机柜110的一个侧面平板120。尽管这种并排放置的方法有效地节约了空间，但事实上多个机柜110仍然可以各自独立的方式排放及连线在一起。根据装有高扩展性超级服务器102的机房的布局，两排或更多排的机柜110可以被看成是一个独立高扩展性超级服务器102的部分。另一种选择机柜110的以一个或多个或部分的圈式摆放结构(outer circle arrangment)可以看成是单个高扩展性超级服务器102的一种结构配置方式，装有超级服务器刀片主板132的机柜被放置在外圈，它的前门板124朝外。DASD、SAN及网络机柜被放置在外圈的中心。在一个架构中，最多可以有1024个超级服务器刀片主板(blade)132组成高扩展性超级服务器102的一部分，该超级服务器102由四排机柜110(每排16个)组成，这些机柜110包括16太字节的层架磁盘存储。依据被用来将不同主板机架连接到一起的通信频道，共计1000个机柜110可以组成一个高扩展性超级服务器100，该系统提供的电力相当于100,000个服务器。从技术上讲，一个高扩展性超级服务器102的大小是按地面空间决定的，并不限于运用高扩展性超级服务器102的技术。从实践上来讲，我们预料一个高扩展性超级服务器102的大小将受制于特定的电脑室环境下可以安排的机柜的数量。

在服务器102中，作为对机柜110并排排列方式(side-by-sidearrangment)的补充，在相邻的机柜110中间有一个分离结构160(separation structure)，该分离结构可以为网线和冷却空气提供一个更为容易的入口。如图4所示，分离结构160的设计同样使服务器102的外形更为美观。在本结构中，该分离结构160包括一个顶盘(topplate)161、可移动后盘(removable rear plate)162、一对安装支架(mounting brackets)163和灯箱(light box)及灯棱镜(light bar lens)165。一种更好的方式是，灯箱结构164连接到一对荧光灯上用以照亮灯棱镜165。

图10则展示了前门平板124的首选结构。一个突出的铰链片180依附在平板的一面181上。平板181被轻微地弯曲并且打孔，这样可以确保空气流通及使如图2所示的刀片主板132上的指示器可见。打孔同样使门板124的外形变得与众不同。顶盘182和底盘183依附在平板181上用以提供更多的支持。一个突出的栓片(latch piece)184依附于平板181的另一面上。一个平板栓片185稳固在机柜110上，如果还包括可以增强弹力的发条186就更好了，这样，就可以设置包括支架187和钮销188的门栓。标识符依附在189上。

参照图11-14，描述的是超级服务器刀片主板(blade)132的更佳结构方式。每个超级服务器主板(blade)132包括一个母板(motherboard)200，这个母板装在一个为机柜110提供统一机械界面的共用的主板装载结构202中。主板装载结构202在机柜110的前部112处以可移动方式定位。下文将要详述，一组连接器204在每个超级服务器主板132的后部定位。在这些连接器206、207中至少有第一部分和一个界面卡134上的界面卡连接器136(图16)紧密配合。更好的方式是这些连接器208，209中的第二个部分将和通道平台连接器300、302紧密配合。(图15)

共用主板装载结构202的垂直方向设置使其可以适应主板200的平面，并且这个结构以其额外的空间去适应最大型主板200，尚有预留面向主板装载结构202前部的空间，必要时以容纳内置硬件驱动器或其他内置外部设备。在一种架构中，主板装载结构202的高是12″，阔度是16.5″，但是在另一种架构中，为了配合嵌块处理器母板200，主板装载结构的高为13.75”，阔度为16.5”。

每个母板200都是至少包括一个PCI连接器205的商用母板。每个超级服务器刀片主板132包括一个连接到PCI连接器205上的主板210，通常，主板210的平面和母板200的平面是平行的。在本架构中，主板210在其后部提供一组连接器204。使用一个带有标准PCI连接器的特别设计的主板210的益处是允许服务器主板132能够适应多个不同的商用母板200，这些母板放置在主板装载结构202中，只要所有这些不同的母板200表面的尺度大小可以确保其装进主板装载结构202中，就不需要对母板进行任何修改。可以和本发明的服务器主板132共用的商用主板200包括奔腾母板、SPARC°母板和ALPHA°母板。由于这个特征的存在，一个单独的服务器100无论在同一机柜110还是在同一主板机架128中，可以适应两个不同的服务器主板132，该两个主板分别带有不同的第一及第二型号的不同母板200。而该两个不同的母板可各自装置不同的处理器。

在本结构中，这里有三种型号的服务器刀片主板(blade)132。第一种型号的服务器主板132被优化成一个前端服务器，该服务器主理网站应用，并与消费者互动以回应查询。第二种型号的服务器主板132是一个数据库主板，它的作用是寻找及发掘客户的信息库。第三种型号的服务器主板132的作用是提供流动视频和图像。这三种服务器主板132都可以使用各种型号的母板(motherboard)。本发明的灵活性确保了最好技术的应用，而不需要由单一供应商提供所有的技术或者只运行一个操作系统。本发明所带来的好处除了可以在母板方面继续改进技术，还意图在某些元件如总线、主板和I/O背板有更新标准及技术时，能适应设计上的变化。图13详示了一种更好的架构，主板承载结构202包括一个底板220，该底板220有一个前边缘222、一个后边缘224和一对侧边缘226、228，一对支架230，以螺钉或类似物依附在底板220两侧底板的后边缘224。支架230决定了主板承载结构202的宽度，这个宽度要比母板200平面和主板210平面之间的距离宽，并伸展到比主板上最高元件更高的距离。前板232沿着底板220的前边缘222用螺丝依附于底板220的一侧。前板232的宽度由支架230决定，这个宽度足以和服务器主板承载结构202相比。一对横轨(Rails)234、236用螺丝等依附于前板232的前部末端和支架230的后末端上。沿着一对边缘234、236的射孔(projection)和次机架129中的一对轨道235(见图3)紧密配合，为承载机柜110提供统一的机械界面。底板220最好是金属的，它被镶在机柜110底部作为电界面的绝缘体。位于底板(base plate)220和母板(motherboard)200之间的是绝缘片242，它和母板(motherboard)200及主卡板(host board)210的平面平行。作为额外的支持，支架244和一对射孔(projection)246支持主卡板210。交叉结构(A cross member)248使刀片主板(blade)承载结构202的后部更加稳定。

首选架构中，前板232装有一系列的指示灯和按钮，这些指示灯和按钮在控制状态面板250上并且一直延伸到一个装饰平板252。装配门栓254(latch assembly)用门栓256和次机架128底部轨迹的射口(projection)接应，使连接器204跟相应配合的连接器进行机械和电力连接，并确保次机架129中服务器主板132以可拆除的方式稳固其内。在主卡板(host board)210上，网线(未显示)将控制状态面板250和连接器相连。

参照图15、16，是对通道平台130的详细描述，通道平台130位于次机架129的前面112和后面116之间。首选方式是，在每个次机架129中都有一个独立的通道平台130，在同一个机架128或机柜110中，次机架129随需求增加或减少连接网线。可以这样理解，一个单独的通道平台130可以为整个机柜110或每个机架128提供供应。更好的一种方式中，至少两个通道平台连接器300、302为装在次机架129中的服务器刀片主板(blade)132提供供应，该机架和位于主卡板(host board)210后部边缘的一组连接器204的第二部分208、209密切配合。连接器300包含电力连接线，该连接线和连接器208配合从AC/DC板148传输到通道平台130。连接器302和209配合，包含连接服务器刀片主板(blade)共用的周边控制信号的连线。连接器302包括一套开关连线，用以确保服务器刀片主板(blade)132共享外部设备，例如控制台、启动磁盘驱动器和第二套不间断连接，使操作员可以直接将指定外围连接到特定服务器刀片主板(blade)132上。

图15显示了一套指定外围连线304，安装在通道平台130的后部并且允许由机柜110的后部114直接进入一个特别服务器刀片主板(blade)132的外部连接。更新电力和外部连接器并不需要替换通道平台130。以下方式带来更好的效果，连接器300、302和304可以拆除，新的连接器通过旋进通道平台130依附连接。

在通道平台130中，至少有一个和通道平台连接器300、302相对应的孔穴306。有了孔穴306，就可以从次机架128的后部进入位于主卡板210后部边缘的连接器组204的第一个部分206、207。连接器组204的第一个部分206包括I/O信号的连线，该连线连接到服务器刀片主板132的相应的界面卡上，如果是一个或多个高密度信号连接器例如来自AMP就更好。正如将要详述的，更好的方式是应通过单独的I/O背板310完成，当服务器主板134被移除并且连接器组204的一部分207给I/O背板310提供电力时，允许界面卡134继续插入I/O背板310的后部。其它的情况是，界面卡134可以装在一个机械结构中以确保界面卡134在110机柜中处于适当的位置，这样，服务器主板132就可以直接插入界面卡134中。但是，在本架构中，具有使每个服务器刀片主板132的界面卡134对折的优势并不是一件容易的事。这里也有一些论点赞同以下说法，穿过I/O背板310的I/O信号路径具有其它优势。

首选架构中，通道平台130由螺丝\焊钉等固定在一个金属的中端平板次结构320上，320包含有和孔穴310相对应的孔穴312。中端平板次结构320机械地依附于机架128内的次刀片主板(blade)机架129(sub-chassis)中。由于有通道平台132和中端平板次结构320(midplane sub-chassis)的存在，就可以通过电力连接330和控制传感连接332来支持和连接风扇托盘140。

参照图18、19和20，描述的是I/O背板310。本架构中，I/O背板310提供一个连接器312，该连接器和主卡板(host board)210上的连接器组204的第一部分206相连接。I/O背板310的后部一定数量的标准PCI连接器314、316提供一个插入式连接，用于连接近似数量的单独标准界面卡134。在I/O背板310的前部有一个单独的电力连接器318，延伸到通道平台130的孔穴306的上半部分以和主卡板(host board)上的电力连接器207连接。通过这种方式，无论是服务器主板132或界面卡134都可以在不干扰电力供应的情况下，由主卡板上的电力管理线路断开连接。

本架构中，通过I/O背板310发送信号，通用的PCI信号，去除所有的非主流信号(这些非主流信号使得每个PCI插槽独一无二)后，从母板200中通过主卡板210传输到PCI中转站中。每一个PCI插槽的非主流信号(side-band signals)都被通过低层次的插板直接通过主卡板210发送。直到信号到达主卡板(host board)210的后部高密度连接器206，这些线基本上都是一样长并且以直线方向发送。主卡板210上拴的位置，连接到高密度连接器206上，应确保PCI信号配合目标连接器314及316的长度相等。非主流信号的发送已经完成，主卡板210的PCI插槽将被发送到高密度连接器206上，直到最靠近主卡板210的PCI插槽被发送到高密度连接器206最远的引线上。ISA总线信号被发送到PCI信号上，并且通过通道平台130到I/O背板310。

尽管本发明是关于仅仅为单一的孔穴306而设计的I/O背板的，它仍可能构建一个I/O背板，背板贯穿多个孔穴306并且通过这个大的I/O背板沿着一个公断总线路径分配PCI和其它I/O讯号背板。主卡板和I/O背板可以使用一个PCI网桥，这样母板上的一个单独的PCI插槽可以被用来在I/O背板产生所需数量的PCI讯号，无论母板(motherboard)上有多少PCI插槽。

尽管本发明是关于服务器刀片主板132(blade)，排列方式为每个孔穴306一个刀片主板，它也可能创建服务器刀片主板(blade)和刀片主板(blade)承载结构，其宽度有可能占据两个或更多的孔穴206。服务器主板132可以由多个处理器组成，甚至每个超级服务器刀片主板(blade)由多个母板构成，但是它们仍然保持共用主板承载结构和通道平台的好处。

参照图21-31，下面描述连接器204、主板210及I/O背板310的理想组合，图21描述了主卡板210、母板PCI连接器205和背板信号连接器209上的管理处理器260中的信号传送。图22和23详细描述了PCI总线信号和一些通过连接器306传送到I/O背板310的其它信号的信号传送与上述描述的原则一致。图24详细描述了PCI信号是怎样通过连接器205从母板200(motherboard)中挑选出来的。

图25描述了周边外围信号怎样从母板200传送到主卡板210(hostboard)直到连接器209。图26详细描述了这些周边外围信号怎样转换执行如前所述的分享的外围信号I/O排列。图27和28详细地描述了外围信号如何从母板200传送到主卡板210直到连接器209。图31描述了管理总线界面。

图29展现的是管理处理器260图解。闪电内存262存储的启动序列和配置信息被管理处理器260使用。启动序列、配置信息和其它控制频道信息通过一个不相连的通信频道和主管理处理器联络，这个不相连的通信频道被看作是一个管理总线，由主卡板210上的管理总线界面264管理。线路266收集电压传感信息并且这些信息被发送到前板连接器267，和其它的一些状态信息一起显示。交换器268在控制共享周边外围信号时，可以对母板200和主卡板210进行手动选择。插槽标识符269在次主板机架(sub-chassis)128中为每个超级服务器主板132制造了一个独特的信号。图纸30详细描述了线路266是怎样感觉电力水平以及ATX电力连接270的。应该这样理解，ATX电力连接270仿效ATX启动序列，这个序列通常为ATX母板200存在。这个启动序列存储在闪电内存262中，这样，如果ATX形式要素母板200的协议或标准有变时，启动序列就可以改变。这种设计利用了每个母板和它的相关ATX电力供应之间协议的优势，主卡板上的微处理器可以使用标准ATX通讯启动序列来和它相关的母板联络，但是仍然只允许工业标准管理软件(例如LANsite)和母板联络。

在一个机架128中可以同时启动所有的服务器刀片主板(blade)，将启动程序排序的好处是可以使电源144超载的可能性降到最小。因为电源144需要设计及选择到可以应付启动序列引致的电流及电压急升，运用启动序列，就可以免去在这种情况下所需要做的过量电力供应设计。初始电力提供给服务器100，电力同时应用到所有的主卡板210上。在启动ATX电力序列到相关的母板200之前，每个主卡板210(host board)延长了其先定时间。先定时间是整个固定时间数值乘以一个抽槽标识符(269)衍生出来的数值，启动时，时间数值的选择是包含了开动母板200时短暂的不稳直到下一个母板200上线稳定下来。可选择地，每个主卡板(host board)210可以被程序化等待直到它接受到一个启动请求，该启动请求来自一个管理网络264或前板电力开关268的手工启动，该268开关在给母板(motherboard)提供电力之前作用于服务器刀片主板(blade)。

尽管我们对首选架构的细节进行了描述，但也应该认识到这里还会有大量的变化和改动，本发明的范围应由权利要求限定。

Claims (20)

1.一种高扩展性超级服务器，包括：

一个有前面和后面的机柜；大量的服务器刀片主板(Blade)装在机柜内，每个服务器刀片主板包括一个母板，此母版在机柜的前部可移动或垂直定位，它的第一个及第二个连接器沿着服务器刀片主板的后边缘以可以运作的方式定位；

机柜的前部和后部之间有一个通道平台，该通道平台包括：大量通道平台连接器，这些连接器是为了和服务器刀片主板的第一个连接器紧密配合而存在的；大量孔穴，有了这些孔穴，连接器就可以进入通道平台。机柜内有大量的界面卡，每个界面卡在机柜的后部以其平面垂直移动定位，界面卡连接器通过通道平台内相应的孔穴和服务器刀片主板的第二个连接器的一部分紧密配合。

2.如权利要求1所速的超级服务器，其中，第一个连接器包括连接通道平台内每个服务器刀片主板共通的周边信号和电力的连线，第二个连接器包括连接I/O信号到相应的刀片主板界面卡的连线。

3.如权利要求2所述的超级服务器，其中，进一步包括大量移动定位在机柜内的热交换电力供应器，该供应器在通道平台内以可以操作的方式连接到提供电力的连线上。

4.如权利要求3所述的超级服务器，其中，母板是一个商用ATX母板，它包含有一个PCI连接器，每个服务器刀片主板又包含一个操作连接到PCI插槽上的主卡板，而该服务器刀片主板平面和母板平面是平行的。主卡板在其后部边缘有两个连接器和管理线路，该管理线路仿效ATX电力管理协议向母板提供电力。

5.如权利要求1所述的超级服务器，还包括一个被动的I/O背板，该背板位于通道平台后部第二个连接器和界面卡之间。

6.如权利要求1所述的超级服务器，其中，母板是一个包括PCI连接器的商用母板，每一个服务器主板又包括一个操作连接到PCI插槽上的主卡板，在主卡板的后部有两个连接器。

7.如权利要求1所述的超级服务器，其中，每个母板被安装在一个共用的主板承载结构中，该结构为承载机柜提供统一机械界面，这样，在相同的承载机柜中，高扩展性超级服务器可以适应不同型号的母板。

8.如权利要求1所述的超级服务器，其中，在承载机柜内，还包括大量的风扇托盘，这些风扇托盘移动地位于服务器刀片主板的下端用于冷却主板，每个风扇托盘中包括大量的风扇。

9.如权利要求1所述，在机柜中最少有一个主板机架，每个主板机架中至少包括四个服务器主板，在机架中主板安装在大量次机架的超级服务器，其中，每个次机架包含有大量按排排列的服务器刀片主板。

10.高扩展性互联网络超级服务器包括：

一个刀片主板机架，该机架有一个前面和一个后面；

大量的超级服务器刀片主板装在这个机架中，每个服务器刀片主板包括一个安装在共用刀片主板装载结构中的母板，这个装载结构可以为主板机架提供一个统一的机械界面，服务器承载结构在该机架的前部移动定位，沿着服务器刀片主板的后部边缘操作连接是连接器，大量的超级服务器刀片主板包括：第一个服务器刀片主板，该主板含有附带第一种型号处理器的第一种型号母板；第二个服务器刀片主板，该主板含有附带不同于以上的第二种型号处理器的第二种型号母板，在主板机架中装有大量界面卡，每个界面卡在机架后部移动定位，这里还有一个界面卡连接器用来和服务器刀片主板连接器的至少一部分紧密配合；

在同一服务器刀片主板机架中，高扩展性超级服务器可以适应不同型号的母板。

11.如权利要求10所述的超级服务器，服务器刀片主板在主板机架中向母板平面以垂直方向定位，界面卡在主板机架中由界面卡平面以垂直方向定位。

12.如权利要求10所述的超级服务器，每一个类型的母板是包括一个PCI连接器的商用母板，每一个服务器刀片主板包含一个操作连接到PCI连接器上的主卡板，且每个刀片主板以和母板平面平行的方向定位，主卡板的后部边缘安装着连接器。

13.一种装在超级服务器机架中的服务器主板，由以下构成：

为刀片主板机架提供统一机械界面的刀片主板装载结构；不同的商用母板装在主板承载结构中，这些母板具有一个带有PCI连接器的平面；不同的母板有不同的平面尺度，它们均能够被安装在主板刀片承载结构中；刀片主板承载结构中有一个主卡板，该主卡板和PCI连接器操作相连并且它的平面和母板平面平行；位于该主卡板边缘的连接器为超级服务器提供一个统一的电力界面。

14.如权利要求13所述的超级服务器，其中，刀片主板承载结构包括：

一个底板，该底板包括一个前边缘，一个后边缘和一对侧边缘；

一对支架，该支架操作依附于底板接近后部边缘的两侧，这对支架决定了刀片主板承载结构的宽度，这个宽度大于母板平面和主卡板平面之间的距离；

一个前板，该前板的一侧操作依附在底板的前部边缘，并且具有和刀片主板承载结构相同的宽度；此外这里还存在着一对横轨，每个横轨操作依附于前板的前部末端和一个支架的后末端。

15.如权利要求14所述的超级服务器，包含一个射口的底板定义了一对边缘，该边缘要和刀片主板机架的一对轨迹密切配合以为刀片主板机架提供统一的机械界面。

16.如权利要求14所述的超级服务器，其中，位于主卡板后部边缘至少有部分连接器将母板和一个带有PCI连接器的界面卡操作连接到一起。

17.如权利要求14所述的超级服务器，其中，底板是金属的，服务器刀片主板还包括一个位于底板和母板之间的绝缘片，该绝缘片和母板及主卡板的平面平行。

18.一种高扩展性超级服务器系统，包括：

大量的刀片主板机架，每个机架都有前后两面；

在刀片主板机架中，有大量的服务器刀片主板，每个服务器主板包括一个安装在共用主板承载结构中的母板，该承载结构向机架提供统一的机械界面，主板承载结构在机架的前部移动定位并且包括位于服务器主板后部的连接器；

在刀片主板机架中有大量的界面卡，每个界面卡在机架后部移动定位并且存在一个界面卡连接器，该连接器和服务器刀片主板连接器的最小一部分紧密配合；

安装在每个刀片主板机架前后之间的中端平板包括一个连接器，刀片主板机架中的服务器主板和主板连接器的一部分紧密配合，为周边控制信号提供连接；至少有一个信号通道在刀片主板机架之间连接周边控制信号。

19.如权利要求18所述的超级服务器系统，包括一个控制平台，每个服务器刀片主板都是一个管理主板，管理所有其它服务器主板的周边控制信号和至少一部分控制台周边控制信号的选择性连接。

20.如权利要求18所述的超级服务器系统，其中，中端平板是一个通道平台，包括大量和刀片主板连接器相对应的孔穴，有了这些孔穴，就可以进入和界面卡紧密配合的服务器刀片主板连接器的一部分。

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