CN210639614U - 一种支持多种带宽的nvme硬盘背板系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，包括Tri‑mode RAID卡和背板，所述的Tri‑mode RAID卡通过线缆与背板连接；所述的背板上设置有用于接收PCIE和时钟信号的连接器、时钟扩展芯片、时钟通道选择模块和硬盘扩展槽；所述的时钟通道选择模块分别与用于接收PCIE和时钟信号的连接器、硬盘扩展槽和时钟扩展芯片连接，所述的用于接收PCIE和时钟信号的连接器与所述的硬盘扩展槽；硬盘扩展槽用于连接不同带宽的硬盘。将硬盘背板设计为支持多种带宽的情况，不仅可以极大地缩减开发背板的成本，同时在不同的整机系统设计需求中，可以任意配置硬盘的型号，更方便维护，节省了重新拆装机器的时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及硬盘背板设计技术领域，具体涉及一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统。
背景技术
硬盘是计算机最主要的存储设备，它是由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，这些碟片外覆盖有铁磁性材料。计算机正常运行所需的大部分软件都存储在硬盘上。目前在服务器应用领域中，用于存储数据的硬盘通常满足以下三种协议，它们分别是SAS、SATA和NVME协议。SATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力。SAS是新一代的SCSI技术，它和SATA相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连接线改善内部空间等。而NVME采用全双工通信，可同时执行读写操作，相比于SAS或SATA协议会更加高效、更能充分利用多核心、中断执行效率更高、队列深度支持更好。因此NVME硬盘逐渐成为高性能服务器的首选存储设备。硬盘背板是将多个硬盘集中固定在一块板卡上，并与服务器主板进行数据通信。硬盘背板的扩展通常是采用CPU直接扩展或通过RAID卡进行扩展通过扩展更多的硬盘接口，以满足服务器大容量数据存储的目的。
关于NVME硬盘背板的设计现有技术通常是采用CPU直接扩展的方式实现的，CPU通过本身的PCIE端口向外扩展PCIE高速信号，并将PCIE信号通过高速线缆，例如SLIMLINE线缆等将信号传递到硬盘背板上，从而实现信号通信，完成NVME硬盘的扩展。现有技术是当前最常见的NVME硬盘背板的设计方式，这种设计可以充分利用CPU的PCIE端口，完成NVME硬盘的扩展。但这种设计方式所支持的NVME硬盘的带宽比较固定，目前最常使用的就是X4 lane带宽的NVME硬盘，如果想要支持其它带宽的NVME硬盘，例如X1或X2，直接连接到X4带宽的硬盘背板上，不仅在资源上会造成浪费，同时在数据性能方面也会大打折扣。而如果想要单独设计支持X1或X2的硬盘背板，又会加大成本，同时在整机的维护性上也比较困难。
在服务器系统中，对于NVME硬盘背板的设计，通常是通过CPU的PCIE端口直接扩展PCIE高速信号来实现的，这种设计方式通常只支持扩展X4 lane带宽的NVME硬盘，若想支持其它带宽的NVME硬盘，就需要重新设计背板，这样会造成成本增加，也不方便进行设备维护，如果将其它带宽的NVME硬盘直接接入X4 lane带宽的扩展槽上，就会造成PCIE资源浪费甚至是性能的下降。
发明内容
针对对于NVME硬盘背板的设计过程中，若想支持其它带宽的NVME硬盘，就需要重新设计背板，这样会造成成本增加，也不方便进行设备维护，如果将其它带宽的NVME硬盘直接接入X4 lane带宽的扩展槽上，就会造成PCIE资源浪费甚至是性能的下降的问题，本实用新型提供一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统。
本实用新型的技术方案是：
本实用新型的提供一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，包括Tri-mode RAID卡和背板，所述的Tri-mode RAID卡通过线缆与背板连接；
所述的背板上设置有用于接收PCIE和时钟信号的连接器、时钟扩展芯片、时钟通道选择模块和硬盘扩展槽；
所述的时钟通道选择模块分别与用于接收PCIE和时钟信号的连接器、硬盘扩展槽和时钟扩展芯片连接，所述的用于接收PCIE和时钟信号的连接器与所述的硬盘扩展槽；硬盘扩展槽用于连接不同带宽的硬盘。
优选地，所述的时钟通道选择模块包括MUX芯片和CPLD芯片，所述的MUX芯片和CPLD芯片连接；所述的MUX芯片与时钟扩展芯片连接；所述的MUX芯片与硬盘扩展槽连接。
优选地，所述的背板上设置四个用于接收PCIE和时钟信号的连接器，其中，用于接收PCIE和时钟信号的连接器为SLIMLINE连接器；每个SLIMLINE连接器连接两个硬盘扩展槽；每个硬盘扩展槽连接一个MUX芯片；由CPLD芯片选通MUX芯片的直通时钟信号，将Tri-mode RAID卡提供的时钟信号直接传递到硬盘扩展槽。
优选地，不同带宽的硬盘包括X4 lane带宽的NVME硬盘、X2 lane带宽的NVME硬盘、X1 lane带宽的NVME硬盘。
优选地，硬盘扩展槽用于连接X4 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为两个，每个Tri-mode RAID卡连接两个SLIMLINE连接器。
每个Tri-mode RAID卡上包含四个MINISAS连接器；将两个MINISAS连接器上的信号合并后连接到一个SLIMLINE连接器上；Tri-mode RAID卡为9460-16i RAID卡。两个Tri-mode RAID卡同时提供8组时钟信号，直接由CPLD芯片选通MUX芯片的直通时钟信号，将Tri-mode卡提供的8组时钟信号直接传递到NVME硬盘扩展槽上。
优选地，硬盘扩展槽用于连接X2 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为一个；Tri-mode RAID卡分别连接到每个SLIMLINE连接器；SLIMLINE连接器通过时钟扩展芯片与MUX芯片连接。将上行Tri-mode卡上扩展的一组时钟信号输入到时钟扩展芯片中，将经时钟扩展芯片扩展的8组时钟信号分别传到不同的MUX芯片中，由CPLD选通MUX芯片来传递时钟信号。
优选地，Tri-mode RAID卡上包含四个MINISAS连接器；每个MINISAS连接器连接一个SLIMLINE连接器；MINISAS连接器连接到SLIMLINE连接器时将MINISAS连接器0-1组lane对应接到SLIMLINE连接器的0-1PIN，MINISAS连接器2-3组lane对应接到SLIMLINE连接器的4-5的pin上；从而保证在不变动硬盘背板的走线和扩展槽位置的情况下，保证每个NVME扩展槽有X2lane的PCIE信号，从而支持X2lane带宽的NVME硬盘。Tri-mode RAID卡为9460-16iRAID卡。
优选地，硬盘扩展槽用于连接X1 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为一个；Tri-mode RAID卡上包含两个MINISAS连接器；每个MINISAS连接器连接两个SLIMLINE连接器；SLIMLINE连接器通过时钟扩展芯片与MUX芯片连接；
每个MINISAS连接器接到两个SLIMLINE连接器上时，将MINISAS连接器0-1组lane接到第一个SLIMLINE连接器的0和4PIN上，将MINISAS连接器2-3组lane接到第二个SLIMLINE连接器的8和12PIN上。从而保证在不变动硬盘背板的走线和扩展槽位置的情况下，保证每个NVME扩展槽有X1 lane的PCIE信号，从而支持X1 lane带宽的NVME硬盘。Tri-mode RAID卡为9460-8i RAID卡。
从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点相比于利用CPU直接扩展PCIE信号从而扩展NVME硬盘的设计，使用Tri-mode RAID卡在资源利用上更加合理，同时在配置不同带宽的硬盘的情况下，使用Tri-mode RAID卡在性能上会优于CPU直接扩展PCIE信号的设计。与此同时，将硬盘背板设计为支持多种带宽的情况，可以满足不同的项目需求，不仅可以极大地缩减开发背板的成本，同时在不同的整机系统设计需求中，可以任意配置硬盘的型号，更方便维护，节省了重新拆装机器的时间。
此外，本实用新型设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例二提供的NVME硬盘背板系统连接框图。
图2是本实用新型实施例三提供的NVME硬盘背板系统连接框图。
图3为本实用新型实施例四提供的NVME硬盘背板系统连接框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
实施例一
本实用新型的提供一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，包括Tri-mode RAID卡和背板，所述的Tri-mode RAID卡通过线缆与背板连接；
所述的背板上设置有用于接收PCIE和时钟信号的连接器、时钟扩展芯片、时钟通道选择模块和硬盘扩展槽；
所述的时钟通道选择模块分别与用于接收PCIE和时钟信号的连接器、硬盘扩展槽和时钟扩展芯片连接，所述的用于接收PCIE和时钟信号的连接器与所述的硬盘扩展槽；硬盘扩展槽用于连接不同带宽的硬盘。所述的时钟通道选择模块包括MUX芯片和CPLD芯片，所述的MUX芯片和CPLD芯片连接；所述的MUX芯片与时钟扩展芯片连接；所述的MUX芯片与硬盘扩展槽连接。上行通过Tri-mode RAID卡扩展PCIE高速信号，通过线缆的连接将信号传递到背板上，从而完成硬盘的扩展。并且根据不同的硬盘带宽需求，采用不同的Tri-mode RAID卡搭配不同的线缆，在支持多种带宽的NVME硬盘的同时，保证PCIE资源的充分利用。
支持8个NVME硬盘扩展的硬盘背板，同时在硬盘背板的设计上要支持X1、X2和X4lane三种带宽的NVME硬盘，以满足不同项目的实际应用需求。
实施例二
如图1所示，本实施例提供的支持8个X4 lane带宽的NVME硬盘的系统设计，该系统，包括Tri-mode RAID卡和背板，所述的Tri-mode RAID卡通过线缆与背板连接；所述的背板上设置有用于接收PCIE和时钟信号的连接器、时钟扩展芯片、时钟通道选择模块和硬盘扩展槽；所述的时钟通道选择模块分别与用于接收PCIE和时钟信号的连接器、硬盘扩展槽和时钟扩展芯片连接，所述的用于接收PCIE和时钟信号的连接器与所述的硬盘扩展槽；硬盘扩展槽用于连接不同带宽的硬盘。所述的时钟通道选择模块包括MUX芯片和CPLD芯片，所述的MUX芯片和CPLD芯片连接；所述的MUX芯片与时钟扩展芯片连接；所述的MUX芯片与硬盘扩展槽连接。
所述的背板上设置四个用于接收PCIE和时钟信号的连接器，其中，用于接收PCIE和时钟信号的连接器为SLIMLINE连接器；每个SLIMLINE连接器连接两个硬盘扩展槽；每个硬盘扩展槽连接一个MUX芯片；由CPLD芯片选通MUX芯片的直通时钟信号，将Tri-mode RAID卡提供的时钟信号直接传递到硬盘扩展槽。
硬盘扩展槽用于连接X4 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为两个，每个Tri-mode RAID卡连接两个SLIMLINE连接器。每个Tri-mode RAID卡上包含四个MINISAS连接器将两个MINISAS连接器上的信号合并后连接到一个SLIMLINE连接器上；Tri-mode RAID卡为9460-16i RAID卡。两个Tri-mode RAID卡同时提供8组时钟信号，此时，不需要使用时钟扩展芯片进行时钟扩展，直接由CPLD芯片选通MUX芯片的直通时钟信号，将Tri-mode卡提供的8组时钟信号直接传递到NVME硬盘扩展槽上。硬盘背板上包含8个NVME硬盘扩展槽，最多可同时扩展8个NVME硬盘，并同时支持多种带宽的硬盘配置。
实施例三
如图2所示，本实施例提供的支持8个X2 lane带宽的NVME硬盘的系统设计，该系统与实施例二提供的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统的不同之处包括：
硬盘扩展槽用于连接X2 lane带宽的NVME硬盘时，为了保证PCIE资源的充分利用，Tri-mode RAID卡的数量为一个；一个16i的Tri-mode卡提供16个PCIE lane；Tri-modeRAID卡分别连接到每个SLIMLINE连接器；SLIMLINE连接器通过时钟扩展芯片与MUX芯片连接。将上行Tri-mode卡上扩展的一组时钟信号输入到时钟扩展芯片中，将经时钟扩展芯片扩展的8组时钟信号分别传到不同的MUX芯片中，由CPLD芯片选通MUX芯片来传递时钟信号。
Tri-mode RAID卡上包含四个MINISAS连接器；每个MINISAS连接器连接一个SLIMLINE连接器；MINISAS连接器连接到SLIMLINE连接器时将MINISAS连接器0-1组lane对应接到SLIMLINE连接器的0-1PIN，MINISAS连接器2-3组lane对应接到SLIMLINE连接器的4-5的pin上；从而保证在不变动硬盘背板的走线和扩展槽位置的情况下，保证每个NVME扩展槽有X2 lane的PCIE信号，从而支持X2 lane带宽的NVME硬盘。Tri-mode RAID卡为9460-16iRAID卡。
由于在支持X2 lane带宽的配置中上行只接了一块Tri-mode RAID卡，因此上行最多只能提供4组时钟信号，而硬盘背板最多支持8个NVME硬盘，共需要8组时钟，所以此时需要通过时钟扩展芯片进行时钟扩展。将上行Tri-mode卡上扩展的一组时钟信号输入到时钟扩展芯片中，这里对时钟芯片的选型选取支持8组时钟扩展的芯片即可，然后将扩展的8组时钟信号分别传到不同的MUX芯片中，由CPLD芯片选通MUX芯片来传递时钟信号，这里需要使用一个2位的拨码开关与CPLD芯片连接来定义不同的配置条件，以便由CPLD芯片通过判断拨码开关的定义来判断配置条件，从而选通MUX芯片的通路，并给各个NVME硬盘扩展槽提供时钟信号。
实施例四
如图3所示，本实施例提供的支持8个X1 lane带宽的NVME硬盘的系统设计，该系统与实施例二提供的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统的不同之处包括：
硬盘扩展槽用于连接X1 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为一个；Tri-mode RAID卡上包含两个MINISAS连接器；每个MINISAS连接器连接两个SLIMLINE连接器；SLIMLINE连接器通过时钟扩展芯片与MUX芯片连接；
每个MINISAS连接器接到两个SLIMLINE连接器上时，将MINISAS连接器0-1组lane接到第一个SLIMLINE连接器的0和4PIN上，将MINISAS连接器2-3组lane接到第二个SLIMLINE连接器的8和12PIN上。从而保证在不变动硬盘背板的走线和扩展槽位置的情况下，保证每个NVME扩展槽有X1 lane的PCIE信号，从而支持X1 lane带宽的NVME硬盘。Tri-mode RAID卡为9460-8i RAID卡。
当需要支持8个X1 lane的NVME硬盘时，上行只需要由一块8i的Tri-mode卡提供8个PCIE lane即可，这样就可以保证资源充分利用，这里可以选取Broadcom公司的9460-8iRAID卡。8i的Tri-mode RAID卡上包含2个MINISAS X4的连接器，因此在线缆的设计上，需要将每个MINISAS连接器上的信号分别连接到两个SLIMLINE X8连接器上，并且连接器的PIN定义也要做特殊的定义，每个MINISAS连接器只提供4个lane的PCIE信号，接到两个SLIMLINE X8连接器上时，需要将MINISAS连接器0-1组lane接到第一个SLIMLINE X8连接器的0和4PIN，而MINISAS连接器2-3组lane则需要接到第二个SLIMLINE连接器的8和12的PIN上，从而保证在不变动硬盘背板的走线和扩展槽位置的情况下，保证每个NVME硬盘扩展槽有X1lane的PCIE信号，从而支持X1 lane带宽的NVME硬盘。
本实施例中，与实施例三中的X2 lane带宽的设计一样，由于在支持X1 lane带宽的配置中上行只接了一块Tri-mode RAID卡，因此上行最多只能提供2组时钟信号，而硬盘背板最多支持8个NVME硬盘，所以此时仍需要通过时钟扩展芯片进行时钟扩展。从上行Tri-mode卡上扩展的一组时钟信号输入到时钟扩展芯片中，然后将扩展的8组时钟信号分别传到不同的MUX芯片中，再由CPLD芯片选通MUX来传递时钟信号，并发送给各个NVME硬盘扩展槽。
上行通过Tri-mode RAID卡扩展PCIE高速信号，通过线缆的连接将信号传递到背板上，从而完成硬盘的扩展。并且根据不同的硬盘带宽需求，采用不同的Tri-mode RAID卡搭配不同的线缆的设计，在支持多种带宽的NVME硬盘的同时，保证PCIE资源的充分利用。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不限于此。在不脱离本实用新型的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本实用新型的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本实用新型的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于包括Tri-mode RAID卡和背板，所述的Tri-mode RAID卡通过线缆与背板连接；
所述的背板上设置有用于接收PCIE和时钟信号的连接器、时钟扩展芯片、时钟通道选择模块和硬盘扩展槽；
所述的时钟通道选择模块分别与用于接收PCIE和时钟信号的连接器、硬盘扩展槽和时钟扩展芯片连接，所述的用于接收PCIE和时钟信号的连接器与所述的硬盘扩展槽；硬盘扩展槽用于连接不同带宽的硬盘。
2.根据权利要求1所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于所述的时钟通道选择模块包括MUX芯片和CPLD芯片，所述的MUX芯片和CPLD芯片连接；所述的MUX芯片与时钟扩展芯片连接；所述的MUX芯片与硬盘扩展槽连接。
3.根据权利要求2所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于所述的背板上设置四个用于接收PCIE和时钟信号的连接器，其中，用于接收PCIE和时钟信号的连接器为SLIMLINE连接器；每个SLIMLINE连接器连接两个硬盘扩展槽；每个硬盘扩展槽连接一个MUX芯片；由CPLD芯片选通MUX芯片的直通时钟信号，将Tri-mode RAID卡提供的时钟信号直接传递到硬盘扩展槽。
4.根据权利要求3所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于不同带宽的硬盘包括X4 lane带宽的NVME硬盘、X2 lane带宽的NVME硬盘、X1 lane带宽的NVME硬盘。
5.根据权利要求4所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于硬盘扩展槽用于连接X4 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为两个，每个Tri-modeRAID卡连接两个SLIMLINE连接器。
6.根据权利要求5所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于每个Tri-mode RAID卡上包含四个MINISAS连接器；将两个MINISAS连接器上的信号合并后连接到一个SLIM LINE连接器上；Tri-mode RAID卡为9460-16i RAID卡。
7.根据权利要求4所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于硬盘扩展槽用于连接X2 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为一个；Tri-mode RAID卡分别连接到每个SLIMLINE连接器。
8.根据权利要求7所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于Tri-mode RAID卡上包含四个MINISAS连接器；每个MINISAS连接器连接一个SLIMLINE连接器；Tri-mode RAID卡为9460-16i RAID卡。
9.根据权利要求4所述的一种支持多种带宽的NVME硬盘背板系统，其特征在于硬盘扩展槽用于连接X1 lane带宽的NVME硬盘时，Tri-mode RAID卡的数量为一个；Tri-mode RAID卡上包含两个MINISAS连接器；每个MINISAS连接器连接两个SLIMLINE连接器；Tri-modeRAID卡为9460-8i RAID卡。
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