CN212966168U - 支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，支持高密度服务器的集中供电和集中管理。包括至少一个服务器模块。服务器模块包括一个计算主板和至少一个2.5英寸电子盘；服务器模块插入1U高19英寸宽的服务器托盘中，组成1U2模块的服务器节点。后面板接口为PCIE*16连接器。支持热插拔的DC‑DC转换器连接在PCIE*16连接器上。第一龙芯CPU分别与第二龙芯CPU以及南北桥芯片连接。可信计算控制电路连接BIOS芯片；BIOS芯片连接第一龙芯CPU；可信计算控制电路同时连接第一龙芯CPU。前面板接口上设置可信指示灯、网口、USB接口、VGA接口、开机按钮以及复位按钮。南北桥芯片连接前面板接口。南北桥芯片与MSATA电子盘连接。计算主板中，前面板接口长于后面板接口，计算主板呈L型。

Description

支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置

技术领域

本实用新型涉及服务器技术领域，具体涉及支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置。

背景技术

高密度服务器采用独特的架构设计，42U高度最多可配置76个计算主板，主要应用在大型数据中心，为大型复杂的互联网应用服务，相对于普通的机架式服务器，运算能力更强、计算密度更高、扩展更灵活。目前，高密度服务器的计算主板都是基于Intel的X86处理器设计实现，依然受限于国外软硬件产品，依然存在断供风险、以及木马和安全漏洞等安全威胁，严重影响信息系统的安全保障和长期稳定运行。

采用龙芯、飞腾等国产处理器是提升高密度服务器安全的有效手段。但是目前基于龙芯、飞腾等国产处理器的自主服务器基本都是机架式服务器，如图1所示，服务器主板采用E-ATX板型和标准ATX电源供电，主板尺寸偏大，不支持热插拔，采用后出线方式等因素，不能满足高密度服务器对计算主板架构要求。

因此如何设计计算主板架构，以提升服务器的计算密度目前亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，一种能够提升服务器的计算密度的计算主板架构，支持高密度服务器的集中管理。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，包括至少一个服务器模块。

服务器模块包括一个计算主板和至少一个2.5英寸电子盘；服务器模块插入1U高19英寸宽的服务器托盘中，组成1U2模块的服务器节点。

计算主板包括前面板接口、后面板接口、第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、支持热插拔的DC-DC转换器、可信计算控制电路、IO芯片、BIOS芯片、主板管理芯片BMC以及MSATA电子盘。

后面板接口上设置PCIE*16连接器。

支持热插拔的DC-DC转换器连接在PCIE*16连接器上，外部12V电源接入PCIE*16连接器，经DC-DC转换器转换后，为第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、可信计算控制电路、BIOS芯片、IO芯片和主板管理芯片BMC提供工作电压。

第一龙芯CPU分别与第二龙芯CPU以及南北桥芯片通过HT总线连接。

可信计算控制电路通过SPI总线连接BIOS芯片；BIOS芯片通过SPI总线连接至第一龙芯CPU；可信计算控制电路同时直接连接第一龙芯CPU，提供CPU可信启动控制信号。

主板管理芯片BMC上集成有GPIO信号端口、UART端口、I2C端口以及AVIN端口。

主板管理芯片BMC通过I2C总线连接远程管理中心，接收远程管理中心发出的开机管理信号，产生远程开机信号送入CPLD芯片，同时产生南北桥启动控制信息，通过GPIO端口送入南北桥芯片中。

I2C端口连接温敏芯片，所述温敏芯片采集所述第一龙芯CPU、第二龙芯CPU以及南北桥芯片的温度，主板管理芯片BMC通过I2C端口监控所述第一龙芯CPU、第二龙芯CPU以及南北桥芯片的温度状态。

AVIN端口获取第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、CPLD芯片以及BIOS芯片的工作电压并进行实时监控。

前面板接口上设置可信指示灯、网口、USB接口、VGA接口、开机按钮以及复位按钮。

南北桥芯片经IO芯片连接至前面板接口上的网口和USB接口；南北桥芯片直接与前面板接口上的VGA接口、开机按钮以及复位按钮相连。

南北桥芯片通过SATA总线与MSATA电子盘连接，MSATA电子盘上存储计算主板的操作系统。

计算主板中，前面板接口长于后面板接口，计算主板呈L型。

进一步地，可信计算控制电路中包括开关模块、CPLD芯片、可信插槽mini-PCIE以及可信模块。

开关模块通过SPI总线连接在第二龙芯CPU和BIOS芯片之间；开关模块通过GPIO总线连接CPLD芯片。

可信插槽mini-PCIE的接口一侧集成有PCIE信号端口、USB信号端口、CPU启动控制端口、模块复位信号端口、SPI信号端口、可信度量失败信号端口、电源管脚和地管脚；可信插槽mini-PCIE的PCIE信号端口通过PCIE总线连接至南北桥芯片的PCIE连接端口；可信插槽mini-PCIE的USB信号端口通过USB数据线连接至南北桥芯片的USB连接端口；可信插槽mini-PCIE的CPU启动控制端口连接CPLD芯片的CPU复位输入端；可信插槽mini-PCIE的模块复位信号端口连接CPLD芯片的模块复位输出端口；所述可信插槽mini-PCIE的可信度量失败信号端口连接所述CPLD芯片的可信度量失败输入端口；可信插槽mini-PCIE的SPI信号端口通过SPI总线连接开关模块；可信插槽mini-PCIE的电源管脚和地管脚分别对应接电源和接地。

可信模块，用于提供信任度量服务，可信模块插接在可信插槽mini-PCIE的插槽一侧。

CPLD芯片接收开机信号和远程开机信号；CPLD芯片还具有CPU复位输出端，连接第一龙芯CPU的CPU复位输入端口。

有益效果：

1、本实用新型提供的支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，为了实现高密度服务器的集中供电和集中管理功能，计算主板与2块2.5英寸电子盘组成一个服务器模块。2个服务器模块可以插入1U高19英寸宽的服务器托盘中，组成1U2模块的服务器节点。而传统的机架式服务器2U高19英寸宽，内含1个服务器节点。这样服务器的计算密度提升4倍，支持高密度服务器的集中管理。

2、本实用新型提供的支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，对主板的供电和各型接口方案进行了创新。后面板接口采用一个直角型PCIE*16的连接器，管脚采用自定义设计，只提供12V电源、地，以及2路I2C信号。主板前面板输出计算主板所有对外业务接口、按钮、指示灯，包括网口、USB接口、VGA接口、开机按钮、复位按钮以及信号指示灯。这种布局设计给设备维护提供方便，使设备操作人员在前面板就可以实现所有维护操作，解决了传统机架式服务器前面板和后面板都要操作的困境。

3、本实用新型提供的支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，采用主板管理芯片BMC通过I2C总线连接温敏芯片，监控两个CPU和南北桥等3处的温度状态；通过AVIN接口采样各芯片电压状态，实时监控主板各路电压状态。主板通过自定义PCIE接口的2路I2C总线，实现与高密度服务器主管理系统的信息交互，实现开机、关机、复位的远程控制，摒弃传统机架式服务器采用1路管理网口与上级管理系统的通信，具有更好的实时性和可靠性。

附图说明

图1传统机架式服务器主板结构图；

图2安全增强龙芯计算主板结构图；

图3可信计算控制电路框图；

图4高密度服务器节点结构图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，包括至少一个服务器模块。

如图2所示，服务器模块包括一个计算主板和至少一个2.5英寸的电子盘；服务器模块插入1U高19英寸宽的服务器托盘中，组成1U2模块的服务器节点。

计算主板包括前面板接口、后面板接口、第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、支持热插拔的DC-DC转换器、可信计算控制电路、IO芯片、BIOS芯片、主板管理芯片BMC以及MSATA电子盘。

后面板接口上设置PCIE*16连接器。

支持热插拔的DC-DC转换器连接在PCIE*16连接器上，外部12V电源接入PCIE*16连接器，经DC-DC转换器转换后，为第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、可信计算控制电路、IO芯片和主板管理芯片BMC提供工作电压。

第一龙芯CPU分别与第二龙芯CPU以及南北桥芯片通过HT总线连接。

所述可信计算控制电路通过SPI总线连接所述BIOS芯片；所述BIOS芯片通过SPI总线连接至所述第一龙芯CPU；所述可信计算控制电路同时直接连接所述第一龙芯CPU，提供CPU可信启动控制信号。本实用新型通过可信计算控制电路为计算主板提供可信启动控制，其中的可信计算控制电路可以采用本领域常用的可信计算控制电路。传统的计算主板架构中，通常将可信计算控制电路作为一个板卡插接到计算主板中，而本实用新型则直接将可信计算控制电路集成到计算板卡中，这样更有利于电路的集成化小型化设计，间接为提高服务器的计算密度提供便利。

本实用新型的实施例中提供了一种可信计算控制电路的电路形式。如图3所示。可信计算控制电路中包括开关模块、BIOS芯片、CPLD芯片、可信插槽mini-PCIE以及可信模块。

开关模块通过SPI总线连接在第一龙芯CPU和BIOS芯片之间；开关模块通过GPIO总线连接CPLD芯片。

可信插槽mini-PCIE的接口一侧集成有PCIE信号端口、USB信号端口、CPU启动控制端口、模块复位信号端口、SPI信号端口、可信度量失败信号端口、电源管脚和地管脚；可信插槽mini-PCIE的PCIE信号端口通过PCIE总线连接至南北桥芯片的PCIE连接端口；可信插槽mini-PCIE的USB信号端口通过USB数据线连接至南北桥芯片的USB连接端口；可信插槽mini-PCIE的CPU启动控制端口连接CPLD芯片的CPU复位输入端；可信插槽mini-PCIE的模块复位信号端口连接CPLD芯片的模块复位输出端口；所述可信插槽mini-PCIE的可信度量失败信号端口连接所述CPLD芯片的可信度量失败输入端口；可信插槽mini-PCIE的SPI信号端口通过SPI总线连接开关模块；可信插槽mini-PCIE的电源管脚和地管脚分别对应接电源和接地。如图3所示。

可信模块，用于提供信任度量服务，可信模块插接在可信插槽mini-PCIE的插槽一侧。

CPLD芯片接收开机信号和远程开机信号；CPLD芯片还具有CPU复位输出端，连接第一龙芯CPU的CPU复位输入端口。

主板管理芯片BMC上集成有GPIO信号端口、UART端口、I2C端口以及AVIN端口。

主板管理芯片BMC通过I2C总线连接远程管理中心，接收远程管理中心发出的开机管理信号，产生远程开机信号送入CPLD芯片，同时产生南北桥启动控制信息，通过GPIO端口送入南北桥芯片中。

I2C端口连接温敏芯片，所述温敏芯片采集所述第一龙芯CPU、第二龙芯CPU以及南北桥芯片的温度，主板管理芯片BMC通过I2C端口监控所述第一龙芯CPU、第二龙芯CPU以及南北桥芯片的温度状态。

AVIN端口获取第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、CPLD芯片以及BIOS芯片的工作电压并进行实时监控。

前面板接口上设置可信指示灯、网口、USB接口、VGA接口、开机按钮以及复位按钮。

南北桥芯片经IO芯片连接至前面板接口上的网口和USB接口；南北桥芯片直接与前面板接口上的VGA接口、开机按钮以及复位按钮相连；

南北桥芯片通过SATA总线与MSATA电子盘连接，MSATA电子盘上存储计算主板的操作系统内核。

计算主板中，前面板接口长于后面板接口，计算主板呈L型。

主板结构：

主板结构摒弃传统机架式服务器的EATX标准(宽*长＝305mm*330mm)，采用异型主板设计，后面板宽170mm，前面板宽225.57mm，长574mm，如图2所示。因为前面板要输出更多的接口、按钮和指示灯，后面板就一个连接器，所以前面板比后面板更宽，后面板多余的空间可以放置更多的电子盘。由于主板采用从前面板进风，后面板出风的散热方式，所以前面板高度限制1/2U高，以利于风道畅通。

为了实现高密度服务器的集中供电和集中管理功能，对主板的供电和各型接口方案进行了创新。后面板接口采用一个直角型PCIE*16的连接器，管脚采用自定义设计，只提供12V电源、地，以及2路I2C信号。主板前面板输出计算主板所有对外业务接口、按钮指示灯，包括4个网口、4个USB、1个VGA、开机按钮、复位按钮、4个信号指示灯。这种布局设计给设备维护提供方便，使设备操作人员在前面板就可以实现所有维护操作，解决了传统机架式服务器前面板和后面板都要操作的困境。

计算主板与2块2.5英寸电子盘组成一个服务器模块。2个服务器模块可以插入1U高19英寸宽的服务器托盘中，组成1U2模块的服务器节点，如图4所示。而传统的机架式服务器2U高19英寸宽，内含1个服务器节点。这样服务器的计算密度提升4倍。

主板供电方式：

主板电源方式摈弃传统12PIN的ATX电源接口，改变传统的5V、12V、3.3V和5V_STB多种电源输入方式，采用后面板的自定义PCIE*16接口提供的单种12V电源供电方式。这种单电源供电方式增加了主板电源电路的设计难度，简化了高密度服务器集中供电系统的设计难度。主板采用支持热插拔的电源电路，实现从单路12V电源输出1.5V_STB和3.3V_STB两路待机电，提供给可信计算控制电路和BMC电路；根据开机按钮或BMC远程开关信号，再输出1.25V、1.5V、3.3V、1.1V、5V，给处理器、北桥、南桥、网口、USB等芯片提供工作电压。

主板健康管理方式：

主板健康管理功能摈弃传统进口ASPEED公司的AST2400/AST2500专用BMC解决方案，采用国产通用的单片机处理器来实现。单片机通过I2C总线连接温敏芯片，监控两个CPU和南北桥等3处的温度状态；通过AVIN接口采样第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、CPLD芯片以及BIOS芯片的电压状态，实时监控主板各路电压状态。主板通过后面板的自定义PCIE*16接口的2路I2C总线，实现与高密度服务器主管理系统的信息交互，实现开机、关机、复位的远程控制，摒弃传统机架式服务器采用1路管理网口与上级管理系统的通信，具有更好的实时性和可靠性。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.支持高密度服务器的安全增强龙芯计算主板装置，其特征在于，包括至少一个服务器模块；

所述服务器模块包括一个计算主板和至少一个2.5英寸电子盘；所述服务器模块插入1U高19英寸宽的服务器托盘中，组成1U2模块的服务器节点；

所述计算主板包括前面板接口、后面板接口、第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、支持热插拔的DC-DC转换器、可信计算控制电路、IO芯片、BIOS芯片、主板管理芯片BMC以及MSATA电子盘；

所述后面板接口上设置PCIE*16连接器；

所述支持热插拔的DC-DC转换器连接在所述PCIE*16连接器上，外部12V电源接入PCIE*16连接器，经DC-DC转换器转换后，为第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、可信计算控制电路、BIOS芯片、IO芯片和主板管理芯片BMC提供工作电压；

所述第一龙芯CPU分别与所述第二龙芯CPU以及所述南北桥芯片通过HT总线连接；

所述可信计算控制电路通过SPI总线连接所述BIOS芯片；所述BIOS芯片通过SPI总线连接至所述第一龙芯CPU；所述可信计算控制电路同时直接连接所述第一龙芯CPU，提供CPU可信启动控制信号；

所述主板管理芯片BMC上集成有GPIO信号端口、UART端口、I2C端口以及AVIN端口；

所述主板管理芯片BMC通过I2C总线连接远程管理中心，接收所述远程管理中心发出的开机管理信号，产生远程开机信号送入CPLD芯片，同时产生南北桥启动控制信息，通过GPIO端口送入所述南北桥芯片中；

I2C端口连接温敏芯片，所述温敏芯片采集所述第一龙芯CPU、第二龙芯CPU以及南北桥芯片的温度，主板管理芯片BMC通过I2C端口监控所述第一龙芯CPU、第二龙芯CPU以及南北桥芯片的温度状态；

AVIN端口获取第一龙芯CPU、第二龙芯CPU、南北桥芯片、CPLD芯片以及BIOS芯片的工作电压并进行实时监控；

所述前面板接口上设置可信指示灯、网口、USB接口、VGA接口、开机按钮以及复位按钮；

所述南北桥芯片经所述IO芯片连接至前面板接口上的网口和USB接口；所述南北桥芯片直接与前面板接口上的VGA接口、开机按钮以及复位按钮相连；

所述南北桥芯片通过SATA总线与所述MSATA电子盘连接，所述MSATA电子盘上存储计算主板的操作系统；

所述计算主板中，所述前面板接口长于所述后面板接口，所述计算主板呈L型；

所述可信计算控制电路中包括开关模块、CPLD芯片、可信插槽mini-PCIE以及可信模块；

所述开关模块通过SPI总线连接在所述第一龙芯CPU和所述BIOS芯片之间；所述开关模块通过GPIO总线连接CPLD芯片；

所述可信插槽mini-PCIE的接口一侧集成有PCIE信号端口、USB信号端口、CPU启动控制端口、模块复位信号端口、SPI信号端口、可信度量失败信号端口，电源管脚和地管脚；所述可信插槽mini-PCIE的PCIE信号端口通过PCIE总线连接至所述南北桥芯片的PCIE连接端口；所述可信插槽mini-PCIE的USB信号端口通过USB数据线连接至南北桥芯片的USB连接端口；所述可信插槽mini-PCIE的CPU启动控制端口连接所述CPLD芯片的CPU复位输入端；所述可信插槽mini-PCIE的模块复位信号端口连接所述CPLD芯片的模块复位输出端口；所述可信插槽mini-PCIE的可信度量失败信号端口连接所述CPLD芯片的可信度量失败输入端口；所述可信插槽mini-PCIE的SPI信号端口通过SPI总线连接所述开关模块；所述可信插槽mini-PCIE的电源管脚和地管脚分别对应接电源和接地；

所述可信模块，用于提供信任度量服务，可信模块插接在所述可信插槽mini-PCIE的插槽一侧；

所述CPLD芯片接收开机信号和远程开机信号；所述CPLD芯片还具有CPU复位输出端，连接所述第一龙芯CPU的CPU复位输入端口。

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