CN219246072U

CN219246072U - 多核计算板卡、计算机及智能计算系统

Info

Publication number: CN219246072U
Application number: CN202222519460.8U
Authority: CN
Inventors: 谭德海
Original assignee: Shanghai Linuo Communication Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Linuo Communication Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2032-09-21

Abstract

本申请公开了一种多核计算板卡、计算机及智能计算系统，本发明提供的多核计算板卡，在PCB承载板上集成有FPGA融合卡、GPU融合卡、计算模块、交换芯片、光模块以及各种管理芯片或桥片，FPGA融合卡可以用于基于FPGA对嵌入式应用和算法提供融合，GPU融合卡可以用于基于GPU对AI应用提供融合，通过交换芯片实现多个计算模块之间的数据交换，通过光纤网卡实现光模块和计算模块之间的数据传输，提高集成的计算系统的数据传输效率，实现计算模块一端的数据光纤高速通信交互；两种融合卡可以将数据传送至计算模块，实现数据的多核计算，实现不同应用数据的处理，接入多种业务数据进行处理，实现板卡高集成性能。

Description

多核计算板卡、计算机及智能计算系统

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种多核计算板卡、计算机及智能计算系统。

背景技术

随着互联网和信息行业的快速发展，各种声音、图像、视频数据均呈井喷式的发展，大数据处理已经逐步取代传统的人工数据处理，而人工智能(简称ai)技术的应用使得大数据分析处理能力得到再一次飞跃。

针对上层应用的高密度计算场景，X86计算板卡就是当仁不让的主力，Intel的志强系列已经演进到金牌可扩展第二代、第三代；AMD的霄龙EPYC系列也不愧多让。针对偏靠底层的数据面处理层面，则更多的是基于ARM内核的多核处理器的天下。国外高通、Marvell/Cavium等，国内的华为、飞腾等，都是这个领域的佼佼者。

现有技术中，计算板卡的状态呈百花齐放，处理器等功能板卡设计也是多样设计，但是目前的计算板卡的结构较为杂乱，集成度不高。相应的，如何将这些处理器充分应用在各种设备和板卡中，这对设备和业务集成商来说，是一个巨大的课题。

目前业内的很多设备，基本上每种板卡都特有的配置，而且各有不同。譬如FPGA板卡，FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。FPGA能够反复使用，当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活，但是需要跟换配套的板卡设施。

按照目前主流的做法，设备集成商将不得不针对不同的计算机编程系统开发不同的FPGA板卡，因此FPGA融合板卡的可重用性极低。

针对GPU融合卡来说，其同样存在上述问题，如何使GPU融合卡能够融合适应多种应用网络，以达到更智能、更开放、更灵活地为未来各种计算模型提供更优化的解决方案，是GPU融合卡需要考虑的技术方向。

除此之外，如何实现多核处理的计算板卡，也是现有板卡的发展方向之一。通过多核处理器，实现不同功能的应用，可以节省计算成本、缩短时间。因此，有必要提供一种结合FPGA融合板卡和GPU融合卡的多核处理器，以适应多应用计算模式。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种多核计算板卡、计算机及智能计算系统，以解决目前的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术：

本申请第一方面提出一种多核计算板卡，包括：

底板，为所述多核计算板卡的PCB承载板；

至少一块FPGA融合卡，设于所述底板上，用于基于FPGA对嵌入式应用和算法提供融合；

至少一块GPU融合卡，设于所述底板上，用于基于GPU对AI应用提供融合；

至少一计算模块，设于所述底板上，用于对业务资源数据进行计算；

光模块，设于所述底板上，用于光电信号转换；

所述光模块与所述计算模块电连接，所述FPGA融合卡和所述GPU融合卡，分别电连接所述计算模块。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述计算模块，包括：

主板，设于所述底板上；

CPU，设于所述主板上；

内存，设于所述主板上；

PCH桥片，设于所述主板上，作为所述主板的接口桥片或接口扩展桥片；

所述PCH桥片与所述CPU电连接，所述CPU与所述内存电连接。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，当所述计算模块中的CPU为两个以上时，还包括：

至少一交换芯片，配置在所述主板上，用于相邻所述CPU之间的数据交换；

所述交换芯片优选为BCM5389。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述计算模块，还包括：

BMC芯片，设于所述主板上，作为所述主板的基板管理控制器；所述BMC芯片与所述PCH桥片电连接；

至少一个光纤网卡，设于所述底板上；所述光模块通过所述光纤网卡与所述计算模块的所述PCH桥片进行通信；所述光纤网卡优选为XL710-BM1；

至少一个固态内存，设于所述底板上，用于提供固态储存；所述固态内存优选为M-SATA 128GB。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述光模块为SFP光口模块或者QSFP光口模块。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述FPGA融合卡，包括：

至少一高速连接器，用于所述FPGA融合卡与计算板卡和承载板卡的连接；

至少一FPGA芯片，用于提供融合网络；所述FPGA芯片为XCZU19EG FPGA芯片；

至少一电源模块，用于提供电源；

至少一SFP光口模块，用于收发光电信号并进行光电信号转换；

所述高速连接器、FPGA芯片、电源模块和SFP光口模块均设于所述PCB承载板上，其中：

所述高速连接器、FPGA芯片和SFP光口模块分别电连接所述电源模块；所述SFP光口模块通信连接所述FPGA芯片；所述FPGA芯片的一侧通过一所述高速连接器与计算板卡通信连接、另一侧通过一所述高速连接器与承载板卡通信连接。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述GPU融合卡，包括：

至少一高速连接器，用于所述GPU融合卡与计算板卡和承载板卡的连接；

至少一GPU芯片，用于提供融合网络；所述GPU芯片为NVIDIA A100芯片；

至少一电源模块，用于提供电源；

所述高速连接器、GPU芯片、电源模块和SFP光口模块均设于所述PCB承载板上，其中：

所述高速连接器、GPU芯片和SFP光口模块分别电连接所述电源模块；所述SFP光口模块通信连接所述GPU芯片；所述GPU芯片的一侧通过一所述高速连接器与计算板卡通信连接、另一侧通过一所述高速连接器与承载板卡通信连接。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述底板上还设有如下元件中的至少一种：

BASE SW光缆、MISC接口、DC/AC接口或IPMC。

本申请第二方面提出一种计算机，包括第一方面所述的多核计算板卡。

本申请第三方面提出一种智能计算系统，包括第二方面所述的计算机。

与现有技术相比较，本申请能够带来如下技术效果：

本申请提供的多核计算板卡，在PCB承载板上集成有FPGA融合卡、GPU融合卡、计算模块、交换芯片、光模块以及各种管理芯片或桥片，FPGA融合卡可以用于基于FPGA对嵌入式应用和算法提供融合，GPU融合卡可以用于基于GPU对AI应用提供融合，通过交换芯片实现多个计算模块之间的数据交换，通过光纤网卡实现光模块和计算模块之间的数据传输，提高集成的计算系统的数据传输效率，实现计算模块一端的数据光纤高速通信交互；两种融合卡可以将数据传送至计算模块，实现数据的多核计算，实现不同应用数据的处理。在本多核计算板卡中，可以接入多种业务数据进行处理，通过板卡模型，可以接入多个终端进行数据处理，实现高集成的板卡运算性能，所配置的光纤设施，提供了板卡数据传输的能力，其配置结构对称，板卡集成均匀、不分散。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型多核计算板卡的功能模块示意图；

图2是本实用新型应用FPGA芯片的融合卡配置示意图；

图3是本实用新型应用GPU芯片的融合卡配置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

本申请通过在承载底板上集成融合网卡、计算模块、交换芯片、光模块以及各种管理芯片或桥片，通过交换芯片实现多个计算模块之间的数据交换，通过光纤网卡实现光模块和计算模块之间的数据传输，提高集成的计算系统的数据传输效率，实现计算模块一端的数据光纤高速通信交互；融合网卡可以将高光纤sw模式接口收发的数据，传送至计算模块，实现另一端数据的光纤高速通信交互。

如图1所示，本申请第一方面提出一种多核计算板卡，包括：

底板，为所述多核计算板卡的PCB承载板；

至少一块FPGA融合卡，设于所述底板上，用于提供融合网络；融合卡内部集成配置有多个网卡，集成的融合卡，能够通过高速通信总线实现与计算板卡(模块)和承载板卡的通信，实现信息交互、高速网络融合，能够融合适应多种应用网络，达到更智能、更开放、更灵活地为未来各种计算模型提供更优化的网络方案，提高融合网卡的集成度。

融合卡和计算模块均对应配置有两块。在每个融合卡中配置有两个E810100G的网络网卡。

至少一计算模块，设于所述底板上，用于对业务资源数据进行计算；计算模块的输入端和输出端，皆有对应通信设施进行数据传输。上端采用XL710-BM1光纤网卡实现光纤数据传输、下端采用E810 100GE网卡进行高速通信。光纤网卡通过SFP光模块或者QSFP光模块接收数据，实现光电信号转换；E810 100GE网卡通过2*100GE的sw模式接口接收/发送数据。

光模块，设于所述底板上，用于光电信号转换；光模块可以采用100Gb/sQSFP28PSM4或者其他模块，可以连接多个XL710-BM1光纤网卡，其中一个XL710-BM1光纤网卡预留，作为副卡。

sw模式接口，设于所述底板上，用于作为通信接口；如图1所示，sw模式接口包含4个2*100GE的SW接口，可以插拔在底板上。在sw模式接口右侧的底板上，还设置有电源及管理接口。

在本多核计算板卡中，可以接入多种业务数据进行处理，通过板卡模型，可以接入多个终端进行数据处理，实现高集成的板卡运算性能，所配置的光纤设施，提供了板卡数据传输的能力，其配置结构对称，板卡集成均匀、不分散。

承载底板上设置的融合卡以及计算板卡(计算模块)，优选左右对称结构或者按照矩阵设置，每个计算板卡对应一个FPGA融合卡或者一个GPU融合卡。融合卡中配置的E810网卡可以选择性与4个2*100GE的SW接口进行连接。

主板，设于所述底板上；

CPU，设于所述主板上；

内存，设于所述主板上；

所述PCH桥片与所述CPU电连接，所述CPU与所述内存电连接。

计算模块的主板、内存和CPU等元件，其为常规设计功能，本处不做赘述。

在计算模块中配置有PCH桥片和BMC管理芯片，可以使得承载板具备功能扩展的功能，可以对接多块融合卡和计算板卡，高速网络接口可以接入高速连接器，采用高速融合网卡对扩展模块的信息进行传送，PCH桥片和BMC管理芯片为主板卡增加不同的逻辑控制功能，可以对定制模块的数据进行管理，使得本申请的主板卡能够适配多种逻辑控制，提高主板卡的多功能复用性，实现不同业务的混合处理，达到功能异构的板卡模块结构。

所述交换芯片优选为BCM5389。交换芯片的数量根据CPU的数量来定，每个交换芯片可以搭载两个以上的CPU。

BMC芯片，设于所述主板上，作为所述主板的基板管理控制器；

所述BMC芯片与所述PCH桥片电连接。采用BMC板级管理控制器，通过对应的接口与PCH桥片接口连接。BMC芯片为主板的辅助管理芯片。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，还包括：

至少一个光纤网卡，设于所述底板上；

所述光模块通过所述光纤网卡与所述计算模块的所述PCH桥片进行通信；所述光纤网卡优选为XL710-BM1。业务资源数据通过光模块转换后，通过该光纤网卡接收并发送至计算模块的所述PCH桥片中进行逻辑处理，其后再发送至CPU进行处理、计算。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，还包括：

至少一个固态内存，设于所述底板上，用于提供固态储存；所述固态内存优选为M-SATA 128GB。在底板上配合固态内存，额外增设内存，可以用于业务数据或者处理数据的储存。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述光模块为SFP光口模块或者QSFP光口模块。光模块的型号不限制。

FPGA融合卡，FPGA芯片对CPU提供PCI-E X 16；对网络提供2X 100GE，FPGA承担两个主要的功能集，一个是网络流量的实时处理和数据分析,实现智能网卡；一个是AI方面的协处理。

如图2所示，作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述FPGA融合卡，包括：

至少一电源模块，用于提供电源；

FPGA融合卡专注于数据传输；数据传输/特种数据处理(外部的数据如何传输给CPU计算)和特种数据处理(图形处理，AI训练，算法运算等)。FPGA融合卡通过网络融合，分别通过高速连接器与计算板卡和承载板卡通信，实现数据的计算和储存等。

高速连接器，作为板卡的通信接口，是板卡上必要的通信接口。高速连接器，可以根据与不同的板卡通信的方式，设定其接口，以及对应连接板卡的接口数量。高速连接器的接口，需要满足高度集成的原则，实现与不同网络板卡的对接通信，其接口定义可以由用户进行设定。

本实施例在计算模块与FPGA融合卡接口上定义了32对高速数据总线，典型应用为2组PCI Express x 16高速总线，一组IPMI管理总线(温度传感)，以及电源和控制信号线，满足大部分的应用需求。FPGA芯片通过PCI E总线与连接计算板卡的高速连接器连接，通过100KR4总线与连接承载板卡的高速连接器连接。

本实施例在FPGA融合卡与承接板接口上定义了16对高速数据总线同外部交换数据，典型应用为4组40G/100G KR4高速总线，以及融合卡侦测信号(PRSNT#)，融合卡ID0..3配置类型指示，满足大部分的应用需求。

本实施例中，电源模块用于FPGA融合卡的电源管理，其内可以配置电路管理芯片等，实现电源的管理。本实施例不限定FPGA融合卡上电源模块的实现形式。优选所述电源模块的电压为+12V。

本实施例，高速连接器的数量为三个，分别是：高速连接器-1、高速连接器-2和高速连接器-3。其中，高速连接器-1和高速连接器-2，作为FPGA融合卡与所述计算板卡的通信连接接口。高速连接器-3，作为FPGA融合卡与所述承载板卡的通信连接接口。所述FPGA芯片通过SFP光口模块接入通信光纤，FPGA芯片通过高速总线与高速连接器对接，实现光纤通信，收发数据。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述FPGA芯片为XCZU19EG FPGA芯片。

本实施例，如图3所示，XCZU19EG FPGA芯片设有两块，可以采用一个SFP光口模块对接光纤，采用插拔式的设计，实现两块XCZU19EG FPGA芯片的接入。其中，XCZU19EG FPGA芯片上进行光纤分流，部分用作为FPGA融合卡与所述承载板卡的通信，部分用作为FPGA融合卡与所述计算板卡的通信。

两个XCZU19EG FPGA芯片的一端通过两组40G/100G KR4高速总线连接一高速连接器-3，并通过该高速连接器-3电连接承载板。两个XCZU19EG FPGA芯片的另一端通过一组PCI Express x 16高速总线(PCIE)连接一高速连接器(两个XCZU19EG FPGA芯片分别通过高速连接器-1和高速连接器-2)进行数据传输，并通过该高速连接器电连接计算模块。

如图2所示，在其他实施例中，也可以采用两个高速连接器-3与承载板进行通信。还设计了两个温度传感器通过一IPMI高速总线电连接高速连接器-1，用于采集智能高密度计算板卡的温度数据。电源模块通过高速连接器-2进行电源控制信号的传输。经过计算板卡将温度值和预设的温度值对比计算后，输出温度报警信号。可以显示和提醒用户注意板卡的运行温度。

如图3所示，为GPU融合卡的板卡结构。GPU融合卡专注于数据传输；数据传输/特种数据处理(外部的数据如何传输给CPU计算)和特种数据处理(图形处理，AI训练，算法运算等)。GPU融合卡通过网络融合，分别通过高速连接器与计算板卡和承载板卡通信，实现数据的计算和储存等。其他比如高速连接器的功能，详见上述FPGA融合卡的描述，本实施例不做赘述。

至少一电源模块，用于提供电源；

本实施例，GPU融合卡在于承载板卡连接时，直接通过高速连接器与连接承载板卡的高速连接器连接。

如图3所示，NVIDIA A100芯片设有两块，可以采用一个SFP光口模块对接光纤，采用插拔式的设计，实现两块NVIDIA A100芯片的接入。其中，NVIDIA A100芯片上进行光纤分流，部分用作为GPU融合卡与所述承载板卡的通信，部分用作为GPU融合卡与所述计算板卡的通信。两个NVIDIA A100芯片的一端连接一高速连接器-3，并通过该高速连接器-3电连接承载板卡。两个NVIDIA A100芯片的另一端通过一组PCI Express x 16高速总线(PCIE)连接一高速连接器(两个NVIDIA A100芯片分别通过高速连接器-1和高速连接器-2)进行数据传输，并通过该高速连接器电连接计算模块。在其他实施例中，也可以采用两个高速连接器-3与承载板进行通信。

本实施例在计算模块与GPU融合卡接口上定义了32对高速数据总线，典型应用为2组PCI Express x 16高速总线，一组IPMI管理总线，以及电源和控制信号线，满足大部分的应用需求。在GPU融合卡与承接板接口上定义了16对高速数据总线同外部交换数据。

本实施例，高速连接器的数量为三个，分别是：高速连接器-1、高速连接器-2和高速连接器-3。其中，高速连接器-1和高速连接器-2，作为GPU融合卡与所述计算板卡的通信连接接口。高速连接器-3，作为GPU融合卡与所述承载板卡的通信连接接口。

除了上述GPU融合卡的设计结构，本实施例，还设置了对GPU融合卡的温度监测结构---温度传感器，用于实时监测GPU融合卡的温度，并将温度值通过IPMI高速总线发送至高速连接器-1，再由高速连接器-1发送至计算板卡。

两个温度传感器通过一IPMI高速总线电连接高速连接器-1，用于采集智能高密度计算板卡的温度数据。电源模块通过高速连接器-2进行电源控制信号的传输。经过计算板卡将温度值和预设的温度值对比计算后，输出温度报警信号。可以显示和提醒用户注意板卡的运行温度。

两个温度传感器布置在GPU融合卡的PCB承载板上的位置，本实施例不做限定。在其他实施例中，温度传感器的数量和布置位置可以不限定。

如图3所示的GPU融合卡，可以在一张PCB承载板上集成多个GPU芯片，实现多“GPU显卡”的计算板卡模式，提高图像处理板卡的计算能力。

BASE SW光缆、MISC接口、DC/AC接口或IPMC。

BASE SW光缆，可以选用10GBase SW，其是IEEE 802.3ae为有带宽为10Gbps的850nm的激光收发器多模式光纤而设计的一种模式的10GBase-S。传输距离：300m。

IPMC，作为所述承载板上的刀片级智能平台管理控制器，可以自行选型使用。

MISC接口、DC/AC接口，由用户自行选择配置。

上述各个优选的元件型号，仅仅是本实施例的一种优选方式，但是可以由用户根据性能进行选型。除了所优选的元件的型号，其他元件的型号同样可以由用户自行选择、配置，本实施例不做限定。

上述各个附图中，各个板卡上所配置的电子设施，其型号和数量以及涉及位置，可以按照具体的应用功能进行布置和选择，本实施例不做过多限制。

实施例2

基于实施例1的多核计算板卡，可以进行数据处理，将其作为计算机的主机的一部分，进行使用。可以额外搭配比如电源、显卡等硬件，进行使用。

实施例3

智能计算系统，除了计算机，还可以根据业务类型所配合的智能计算设备，结合计算机进行应用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种多核计算板卡，其特征在于，包括：

底板，为所述多核计算板卡的PCB承载板；

光模块，设于所述底板上，用于光电信号转换；

2.如权利要求1所述的多核计算板卡，其特征在于，所述计算模块，包括：

主板，设于所述底板上；

CPU，设于所述主板上；

内存，设于所述主板上；

所述PCH桥片与所述CPU电连接，所述CPU与所述内存电连接。

3.如权利要求2所述的多核计算板卡，其特征在于，当所述计算模块中的CPU为两个以上时，还包括：

所述交换芯片为BCM5389。

4.如权利要求2所述的多核计算板卡，其特征在于，所述计算模块，还包括：

所述BMC芯片与所述PCH桥片电连接：

至少一个光纤网卡，设于所述底板上；所述光模块通过所述光纤网卡与所述计算模块的所述PCH桥片进行通信；所述光纤网卡为XL710-BM1：

至少一个固态内存，设于所述底板上，用于提供固态储存；所述固态内存为M-SATA128GB。

5.如权利要求1所述的多核计算板卡，其特征在于，所述光模块为SFP光口模块或者QSFP光口模块。

6.如权利要求1所述的多核计算板卡，其特征在于，所述FPGA融合卡，包括：

至少一电源模块，用于提供电源；

7.如权利要求1所述的多核计算板卡，其特征在于，所述GPU融合卡，包括：

至少一电源模块，用于提供电源；

8.如权利要求1所述的多核计算板卡，其特征在于，所述底板上还设有如下元件中的至少一种：

BASE SW光缆、MISC接口、DC/AC接口或IPMC。

9.一种计算机，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的多核计算板卡。

10.一种智能计算系统，其特征在于，包括权利要求9所述的计算机。