CN1508650A - 构造多计算机系统的方法以及这种多计算机系统 - Google Patents

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Abstract

一种构造多计算机系统的方法，所述多计算机系统由多个以多维方式连接起来的多计算装置组成。此外，还公开了一种用于构造由多计算装置组成的计算机系统的新颖方法和配置方案，并且其中由空气管道和通风设备导引气流穿过所述计算机系统，以便散失由该计算机系统中大量电子器件产生的热量。

Description

构造多计算机系统的方法以及这种多计算机系统
技术领域
本发明涉及一种构造多计算机系统的方法，所述多计算机系统由多个以多维方式(in multiple dimension)连接在一起的多计算装置组成。此外，本发明还涉及一种用于构造由多计算装置组成的计算机系统的新颖方法和配置方案，其中由空气管道和通风装置导引冷却空气流过该计算机系统，以便散失由该计算机系统中的多个电子组件产生的热量。
背景技术
组合多个电子主体，比如处于不同维度的计算装置，以便形成一个整体式三维配置构造的概念，从本质来说在本技术领域是公知的。以这种连接方式，在本技术领域中存在有一个持续追求，即形成工作速度持续增加的计算机系统。从本质上说，为了增进计算机系统的计算速度，在本技术领域中已经采用了两种解决方案，并且也已经遇到了一个难题，即大量的可工作计算装置被以成千数量级连接在一起以便形成一个超级计算机组合系统，这就对构造系统的硬件提出了更大的挑战，即要求其占用更少的空间并且利用最短的连接缆线，同时提供一种用于整个计算机系统的有效冷却方法。
从根本而言，所采用主要解决方案中的第一种是增加计算机的中央处理器(CPU)的处理速度，而另外一种解决方案将是采用多个CPU，这些CPU被连接在一起以便形成一个处理器阵列，以一种并行工作关系执行计算任务。在第二种或者后一种解决方案中，为了将多个CPU连接在一起来形成一个整体计算机系统，可以采用多种方式。因此，可以将少量的CPU集结成一个整体单元，并且随后将这些计算单元连接成一个多维晶格式网络。因此，比如在三维晶格式网络中，各个计算单元均可以被看作是一个六面立方体，并且因此从该抽象立方体六个表面的各个表面与相邻单元形成通讯连接。还有，各个单元可以随后通过此类通讯连接与其所有六个相邻单元进行通讯。
还有，在采用了这种单元结构或者构造概念的计算机系统中，随着单元数目的增加，在大量计算单元中构造通讯连接的复杂程度明显增大，由此将计算硬件打包在一起的常规方法将不适于提供所需的计算机系统。
还有，这一点也很重要，即能够合适地并且以一种完备方式对构造整个计算机系统的大量计算装置进行冷却，以便对各个独立的计算单元或者计算装置进行充分冷却。
D.Talia的“Cellular Processing tools for High-Performance Simulation”(Computer，2000年9月，第44页)描述了单元式处理工具，其中大量的独立单元式工具被组合成一个大型的晶格类网络装置，形成一个计算机系统。但是，本公开物并未描述采用目前导出的对各个计算单元或者处理单元进行充分冷却概念的特定构造。
还有，L.Mok在题目为“Method of Packaging Discrete Electronic Entities”(IBM TDB，第36卷，第09A期，1993年9月)公开了一种对离散的电子主体进行打包的方法，以便形成一个大型计算机系统，该大型计算机系统在一个公用壳体内通过缆线相互连接起来。在该计算机系统中计算单元之间存在有容纳大量缆线的有限空间，用以对计算硬件进行充分冷却。但是，本公开物并未提供任何具体细节，作为一个用于如本发明这样以一种简单并且高效的方式进行所需冷却的整体式冷却系统。
发明内容
因此，本发明用于构造一种多计算机系统，其中在具有多个滑动式抽拉状箱体的半开放式计算机框架的范围内支承着适合于被以三维结构相互连接起来的计算机单元。该方法和配置方案用于将多个计算机单元以缆线连接起来，由此多个线路板被竖直地或者以一定角度插入到底板内，并且这些底板被称作具有多种接线连接在一起的计算装置的计算板。
各个抽拉状箱体均带有其自身的冷却风扇和/或一个通风设备，它们或吸或吹使得冷却空气穿过计算板，并且以一种新颖方式提供足够的冷却空气，这些冷却空气将循环穿过由多个印刷线路板与底板限定出的空间，以便使得由计算机框架内的电子器件所发出的温暖空气循环到计算机系统的外部。
因此，本发明的基本目的在于提供一种形成多计算机系统的新颖方法，其能够高效地将多个计算单元相互连接起来，并且以一种简单方式对它们进行高效冷却。
本发明的另外一个目的在于，提供一种配置方案，用于设计一种新颖的计算机系统，该计算机系统由多个在带有半开放式框架的计算机箱体中以多维关系相互连接起来的计算单元组成，并且包括新颖的冷却装置，用于方便并且高效地对各个计算装置进行冷却。
附图说明
下面将结合附图参照对本发明优选实施例的详细描述，其中：
图1示出了一个计算机箱体的透视图，该计算机箱体带有能够以半开放状态滑动的框架结构，用于存放多计算机系统；
图2示出了图1中所示计算机箱体配置方案的侧视图；而
图3示出了一种冷却方案的侧视图，该冷却方案用于多个位于计算机房间内的计算机箱体。
具体实施方式
尤其参照附图中的图1和2，在此示出了半开放式计算机箱体10，该计算机箱体10具有多个滑动式抽拉结构12，这些滑动式抽拉结构12包括不同的单元14，这些单元14每一个均适合于存放计算硬件。为了清楚起见，在附图中仅示出了计算机系统中的主要组件，而电源、必需的箱盖以及EMI屏蔽罩均未在此示出。
计算机箱体10包括多个基本上竖直叠置的抽拉状单元14，这些单元14可以适合于滑入和滑出箱体框架16。印刷线路板20上一个通常被称作底板的部分，被置于各个抽拉状单元14的内表面上，并且带有大量或者多个印刷线路板18，这些印刷线路板18被竖直或者以一定的角度插入到底板20内。这些小的印刷线路板18通常被称作计算板，并且带有大量的计算单元22，这些计算单元22被接线连接在一起。计算板18可以被设计成能够如本技术领域中公知的那样进行热交换。在这里所图示的实施例中，各个计算板18均由两个计算单元22组成，这两个计算单元22可以被接线连接成2×1阵列，同时一个底板上具有十个被接线连接成2×10阵列的计算板。如附图中所述，缆线24和它们的接插件26仅用于示例目的，并不代表系统中缆线的实际数目。
因此，作为示例，利用公式C＝6ijk-2{[(i-1)j+(j-1)i]k+(k+1)ij}来定义系统中缆线的总数目，所述系统带有(i×j×k)个被连接成三维晶格阵列的计算机单元22，其中i，j，k代表了在三维晶格中各维度上的单元数目。因此，比如对于10×10×10单元的晶格来说，连接所有单元的缆线数目为600，这是从逻辑判断得出的数字。但是，缆线的实际物理数目会发生变化，因此当需要提供两条物理缆线以便对进入计算单元22的一个表面和从该表面输出的信号进行处理时，系统中实际缆线24的数目将翻倍。还有，某些缆线可以轻易地借助于印刷线路板20上设置有计算硬件处的印刷线路来取代。
本实施例中的各个抽拉状单元均装配有其自身冷却风扇30，要么从计算板18抽吸空气要么将空气吹向计算板18。靠近风扇30设置有一个通风设备32，以便如图2中所示那样导引气流穿过各个箭头A。通风设备32可以被去除，并且气流方向可以轻易改变，以便适应冷却空气配置方案或者安置有计算机箱体10的位置。因此，尽管示出了这样一种情形，即空气在通风设备32内部向上行进，但是也可以利用通风设备32内部的空气转向器34进行转向，来使得空气向下排出或者流向位于冷却风扇30附近的各个侧面(即要么流入附图所在平面，要么从该平面流出)。从而，风扇30可以被安装成垂直于底板20或者相对于底板20成一个角度。
可选择地，如图2中所示的冷却风扇配置方案可以具有被设置成朝向侧面的转向器34，以便与附图中的图2相反，沿着除了向下或者向上之外的相对方向侧向吹动空气。
参照附图中图3所示的实施例，在这种情况下，大量的计算机箱体或者计算机箱体阵列被以相互间隔的关系置于房间的抬高地板或者类似物体上。
因此，详细地参照图3，其中与前面所述类似或者相同的组件由相同的附图标记加以标识，用于包含所述多计算机系统的空间可以是计算机房间50，可以采用大量的常规空调机52来对计算机箱体10的阵列进行冷却。在该特定情况下，从空调机52送出的冷却空气通过循环穿过抬高地面54而流过计算机箱体之间的区域，由此从计算机箱体10发出的温暖空气被如图所示那样收集在通风设备32中，并且被导入位于通风设备上方的连接管道60内，其中所述抬高地面54具有带有穿孔的瓷砖(tile)56。温暖空气通过通往空调机52的管道62和66回流入空调机52，管道62如箭头所示那样位于计算机房间50的顶棚上方。接着，空气在空调机52中得以冷却，从而使得通过空调机底部排出的冷却空气再次循环穿过地面54上瓷砖56中的穿孔，向上穿过计算机箱体，并且向上穿过通风设备32到达位于计算机房间顶棚上方的管道，以便不断地循环入空调机52。可选择地，可以使得气流转向，并且在没有抬高地板的情况下，冷却空气和温暖空气循环管道均可以被置于顶棚上方。在这种状况下，冷却空气可以单独从顶棚上方的冷却空气管道获得，并且通过在附图中未示出的另一管道配置输送至计算机箱体10的进风侧。
如前所述，在各个附图中，各个位于抽拉状单元中的底板均由以2×10阵列接线连接起来的计算单元组成，并且所有底板均由缆线连接起来，由此各个单元将形成具有2×10×10晶格的三维单元式自动系统，并且五个箱体随后被连接成一个10×10×10晶格。计算机箱体可以被置于这个圆圈或者圆圈状集合中，以便第一个箱体与最后一个箱体相互邻接，而如此形成的晶格维数并未按比例示出，并且不局限于所示内容。还有，由于各根缆线仅被连接在相邻底板与箱体上，所以缆线长度得以最小化，此外，在晶格网络中任一维度上的第一个和最后一个计算单元22均可以被连接在一起，以形成一个没有过长缆线的环形网络(toroidal network)。各根缆线的长度通常为1至2米左右。在第一维度上的连接操作通过底板上的印刷线路来实现；在第二维度上的连接操作通过计算机箱体内的缆线来实现；而在第三维度上通过横跨多个计算机箱体的缆线来进行连接。在此所描述的阵列尺寸仅为示例目的，并且可以延展到任何数目。
尽管已经特别参照本发明的优选实施例对本发明进行了图示和描述，但是本技术领域技术人员将会明白，在不脱离本发明的技术构思和保护范围的条件下，可以在形式和细节上对其进行前述以及其它改变。

Claims (28)

1、一种多计算机系统，包括多个以多维结构工作性互连的多计算单元，该系统包括：
多计算机箱体，包括大体为半开放式结构的计算机框架；
多个可滑动抽拉组件，在所述计算机框架中呈彼此间隔关系设置，所述计算单元被支承在所述可滑动抽拉组件上；以及
空气循环装置，用于导引冷却空气流穿过所述计算装置进入通风设备，以便散失由所述计算装置产生的热量。
2、如权利要求1中所述的多计算机系统，其特征在于：各个所述可滑动抽拉组件均包括平板构件，该平板构件具有大体水平的支承表面；并且多个公用印刷线路底板被以间隔关系分别安装在各个所述水平支承表面上。
3、如权利要求2中所述的多计算机系统，其特征在于：所述多计算装置被竖直插入或相对于所述底板成一个角度插入；并且在所述底板和所述计算装置的侧面上存在有多个接插件和缆线插口。
4、如权利要求1中所述的多计算机系统，其特征在于：大量的气流产生装置被设置在各个所述可滑动抽拉组件的附近，用于将气流送往所述通风设备。
5、如权利要求1中所述的多计算机系统，其特征在于：所述通风设备可以从所述多计算机箱体上拆卸下来，并且能够进行调节，以便选择性地导引冷却空气从底部向上流动、从顶部向下流动或者相对于所述多计算机箱体的框架结构朝向侧面流动。
6、如权利要求5中所述的多计算机系统，其特征在于：所述通风设备可以被选择性地置于所述多计算机箱体的进风口、出风口或者相对侧面上。
7、如权利要求5中所述的多计算机系统，其特征在于：所述通风设备具有内部空气转向器，用于使得气流沿着预定方向穿过所述通风设备。
8、如权利要求1中所述的多计算机系统，其特征在于：所述计算单元包括多个印刷线路板，这些印刷线路板带有形成独立计算单元的成组计算硬件，所述印刷线路板被竖直插入或者相对于另一印刷线路板成一个角度插入，所述计算单元由印刷线路接线连接起来，以便形成一维或者多维阵列。
9、如权利要求8中所述的多计算机系统，其特征在于：所述连接通过在计算装置与计算机箱体之间延伸的连接缆线形成一个多维晶格。
10、如权利要求1中所述的多计算机系统，其特征在于：多个所述多计算机箱体被设置在一个计算机房间中，所述通风设备的出风口相互面对，并且被连接在通往空调装置的管道上，用于将冷却空气输送至所述箱体。
11、如权利要求10中所述的多计算机系统，其特征在于：在所述计算机房间的顶棚上方延伸的管道将所述通风设备的出风口连接起来，用于将由计算装置加热的空气输送至所述空调装置的进风口。
12、如权利要求11中所述的多计算机系统，其特征在于：来自于所述空调装置的冷却空气通过支承所述箱体的带孔抬高地板被输送至所述多计算机箱体的内部。
13、如权利要求11中所述的多计算机系统，其特征在于：来自于所述空调装置的冷却空气通过在计算机房间顶棚上方延伸的管道被输送至所述多计算机箱体的内部。
14、一种构造多计算机系统的方法，所述多计算机系统包括多个以多维结构工作性互连的多计算单元，该方法包括：
提供多计算机箱体，该多计算机箱体包括大体为半开放式结构的计算机框架；
在所述计算机框架中以间隔关系设置多个可滑动抽拉组件，所述计算单元被支承在这些可滑动抽拉组件上；
提供多单元组件结构，用于将所有单元直接连接到各个单元的相邻单元上，以便形成呈三维晶格形式的闭环式连接；以及
提供空气循环装置，用于导引冷却空气流穿过所述计算装置进入通风设备，以便散失由所述计算装置产生的热量。
15、如权利要求14中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：各个所述可滑动抽拉组件均包括平板构件，该平板构件具有大体水平的支承表面；并且大量的公用印刷线路底板被以间隔关系分别安装在各个所述水平支承表面上。
16、如权利要求15中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述多计算单元被竖直插入或相对于所述底板成一个角度插入；并且在所述底板和所述计算装置的侧面上存在有多个接插件和缆线插口。
17、如权利要求14中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：多个气流产生装置被设置在各个所述可滑动抽拉组件的附近，用于将气流送往所述通风设备。
18、如权利要求14中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述通风设备可以从所述多计算机箱体上拆卸下来，并且能够进行调节，以便选择性地导引冷却空气从底部向上流动、从顶部向下流动或者相对于所述多计算机箱体的框架结构朝向侧面流动。
19、如权利要求18中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述通风设备可以被选择性地置于所述多计算机箱体的进风口、出风口或者相对侧面上。
20、如权利要求18中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述通风设备具有内部空气转向器，用于使得气流沿着预定方向穿过所述通风设备。
21、如权利要求14中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述计算装置包括多个印刷线路板，这些印刷线路板带有形成独立计算单元的成组计算硬件，所述印刷线路板被竖直插入或者相对于另一印刷线路板成一个角度插入，所述计算单元由印刷线路接线连接起来，以便形成一维或者多维阵列。
22、如权利要求14中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述连接通过在计算装置与计算机箱体之间延伸的连接缆线形成多维晶格。
23、如权利要求14中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：多个所述多计算机箱体被设置在计算机房间中，所述通风设备的出风口相互面对，并且被连接在通往空调装置的管道上，用于将冷却空气输送至所述箱体。
24、如权利要求23中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：在所述计算机房间的顶棚上方延伸的管道将所述通风设备的出风口连接起来，用于将由计算装置加热的空气输送至所述空调装置的进风口。
25、如权利要求24中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：来自于所述空调装置的冷却空气通过支承所述箱体的带孔抬高地面被输送至所述多计算机箱体的内部。
26、如权利要求24中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：来自于所述空调装置的冷却空气通过在计算机房间顶棚上方延伸的管道被输送至所述多计算机箱体的内部。
27、如权利要求22中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述缆线的长度通常为1至2米左右。
28、如权利要求14中所述构造多计算机系统的方法，其特征在于：所述多计算单元通过底板上的线路连接起来；所述第二维连接通过各个计算机箱体内的缆线来实现；而所述第三维连接通过横跨多个计算机箱体的缆线来实现。
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