KR102433220B1

KR102433220B1 - PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템

Info

Publication number: KR102433220B1
Application number: KR1020220043361A
Authority: KR
Inventors: 이현호
Original assignee: 주식회사 글로벌탑넷
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2022-08-22

Abstract

본 발명은 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템에 관한 것으로, PCIe 확장 시스템을 사용하여 호스트 서버의 마더 보드에 그래픽카드를 직접 액세스 할 수 있도록 PCIe 슬롯 확장을 지원하여 CPU 서버를 GPU 서버로 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 PCIe 확장 시스템을 사용하여 CPU 서버를 GPU 서버로 구현하며, PCIe 인터페이스를 사용하는 모든 확장 카드의 활용을 가능하게 하는 현저한 효과가 있다.

Description

PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템{GPU server implementation system of CPU server using PCIe expansion system}

본 발명은 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 확장 슬롯은 비디오 카드, 네트워크 카드 또는 사운드 카드와 같은 컴퓨터 기능을 확장하기 위해 확장 카드를 넣을 수 있는 마더 보드의 모든 슬롯을 의미한다.

일반적인 CPU 서버로 딥 러닝, AI, 자율주행 등 고성능 컴퓨팅 성능을 구현할 수 없다.

GPU 서버 구성에 필수적인 그래픽카드는 1U 서버에 설치가 불가능하며, 일반적인 서버 마더 보드의 확장 슬롯 수가 제한되어 여러 개의 그래픽카드 설치가 어렵다. 그러므로 다양한 방법이 개발되며 종래 특허기술의 일례로서 공개번호 10-2022-0002117호에는 복수의 시리얼 버스에 접속되는 확장 모듈로서, 외부 신호의 입출력을 실시하는 인터페이스와, 제 1 시리얼 버스 및 제 2 시리얼 버스를 통해서 통신하는 통신 회로를 구비하고, 상기 통신 회로는, 상기 제 1 시리얼 버스를 통해서 통신하는 제 1 슬레이브 통신 기능과, 상기 제 2 시리얼 버스를 통해서 통신하는 제 2 슬레이브 통신 기능과, 상기 제 1 시리얼 버스 및 상기 제 2 시리얼 버스를 묶어 통신하는 제 3 슬레이브 통신 기능과, 상기 제 2 시리얼 버스를 통해서 통신하는 마스터 통신 기능을, 각각 유효/무효의 전환이 가능한 양태로 갖고, 상기 제 1 슬레이브 통신 기능 및 상기 제 3 슬레이브 통신 기능의 각각은, CPU 모듈로부터 수신한 자국 앞으로의 커맨드에 대하여 응답을 반송하고, 상기 CPU 모듈로부터 수신한 타국 앞으로의 커맨드를 중계하고, 타국으로부터 수신한 응답을 중계하는 기능을 포함하고, 상기 제 2 슬레이브 통신 기능은, 상기 CPU 모듈 또는 타국으로부터 수신한 자국 앞으로의 커맨드에 대하여 응답을 반송하고, 상기 CPU 모듈 또는 타국으로부터 수신한 타국 앞으로의 커맨드를 중계하고, 타국으로부터 수신한 응답을 중계하는 기능을 포함하고, 상기 마스터 통신 기능은, 타국에 대하여 커맨드를 송신하고, 상기 타국으로부터의 응답을 수신하는 기능을 포함하는, 확장 모듈이 공개되어 있다.

또한 공개번호 10-2002-0043978호에는 중앙처리장치 입출력 포트를 이용한 메모리 확장 방법이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 네트워크 대역 및 포트 확장이 되기가 어렵고 CPU 서버를 GPU 서버로 구현하기가 곤란한 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명은 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템에 관한 것으로, PCIe 확장 시스템을 사용하여 CPU 서버를 GPU 서버로 구현하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PCIe 확장 시스템은 호스트 서버의 마더 보드에 그래픽카드를 직접 액세스 할 수 있도록 PCIe 슬롯 확장을 지원하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 PCIe 확장 시스템을 사용하여 CPU 서버를 GPU 서버로 구현하며, PCIe 인터페이스를 사용하는 모든 확장 카드의 활용을 가능하게 하는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템 구성도
도 2는 본 발명의 PCIe 확장 시스템 개요도
도 3은 본 발명의 PCIe 확장 시스템 부품도
도 4는 본 발명의 서버 비상백업 시스템 계통도
도 5는 본 발명의 서버 비상백업 시스템 구성도
도 6은 본 발명의 서버 비상백업 시스템 순서도

또한, 상기 PCIe 확장 시스템은 PCIe 스위치와 CPU 서버의 PCIe 어댑터에서 버스 리피터를 사용하여 호스트 서버에서 PCIe 확장 케이블로 브리지 연결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템 구성도, 도 2는 본 발명의 PCIe 확장 시스템 개요도이다.

본 발명은 PCIe 확장 시스템을 사용하여 CPU 서버를 GPU 서버로 구현 가능하게 한 것으로, 일반적으로 PCIe 확장 시스템은 호스트 서버의 마더 보드에 그래픽카드를 직접 액세스 할 수 있도록 PCIe 슬롯 확장을 지원한다. PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)는 캡처 카드나 무선 카드와 같은 주변 장치 뿐 아니라 그래픽 카드와 SSD를 연결하는데 일반적으로 사용되는 고대역폭 확장 버스이다.

본 발명은 확장 시스템의 PCIe 스위치와 CPU 서버의 PCIe 어댑터에서 버스 리피터를 사용하여 호스트 서버에서 PCIe 확장 케이블로 브리지 연결 가능하다.

본 발명의 PCIe 확장시스템은 CPU 서버 메인보드의 PCIe 슬롯에서 백플레인의 PCIe와 연결하는 것으로 하나의 서버에 다량의 그래픽카드를 사용하기 위한 방안이다. 특히 브리지 연결은 낮은 대기 시간 버스 처리량을 위해 PCIe x16 버스 리피터를 활용하며, CPU 서버에서 1미터 또는 3미터의 확장 케이블로 연결되고, CPU 서버에서 로우 프로파일 PCIe 플러그인 카드 형식을 통한 표준 PCIe 슬롯과 PICMG 1.3을 사용하는 백플레인 보드의 PCIe 슬롯에 연결된다.

PCIe 확장 시스템은 부팅 시 호스트 서버 시스템에 의해 인식되고 특정 소프트웨어, 하드웨어 드라이버가 필요하지 않다.

PCIe 확장 시스템은 PCIe 어댑터, 데이터 케이블 및 확장 Backplane 세 가지 요소로 구성된다.

PCIe 어댑터는 CPU 서버와 Backplane의 PCIe x16 slot에 삽입되며, PCIe 데이터 케이블은 CPU 서버와 Backplane을 연결한다.

부팅 시, 각 링크의 레인너비를 협상한 후 각 PCIe 링크가 설정되는 하드웨어 초기화를 진행한다. PCIe 링크는 PCIe 스위치를 통해 생성되며 호스트 BIOS에 대한 PCIe-to-PCIe 브리지처럼 보인다. 연결된 링크는 전송 쌍과 수신 쌍으로 구현되는 이중 단방향 차동 연결로 구성된다.

도면에서 도시된 바와 같이, 사용한 규격은 PCIe 3.0 x16 이며, 데이터 전송률은 8GT/s이며 x16(16레인)의 대역폭은 15.754 GB/s이다.

한편, 본 발명에서 사용되는 구성인 링크(link)/레인(lane)의 의미에 대해 설명하면, 링크는 CPU 서버의 PCIe slot과 Backplane의 PCIe slot의 연결을 의미하며, 레인 너비의 협상은 PCIe에 그래픽카드가 인식되어 사용되는 레인이 x8인지 x16인지 확인하는 과정을 의미한다. 레인은 데이터 전송 대역폭을 의미하며, 연결된 PCIe 장치에서 CPU로 데이터 비트가 전송되는 데이터 통로 역할을 한다.

레인은 x1(1레인), x4(4레인), x8(8레인), x16(16레인) 등이 있으며 일반적으로 그래픽카드는 x16(16레인)을 사용한다.

한편, 본발명의 서버는 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템을 위한 비상백업 시스템을 구비하는 것으로, 서버 운영 중 발생할 수 있는 시스템 오류 발생 시 운영 중인 OS 및 어플리케이션을 백업을 수행한 후 서버가 안전하게 Shutdown 수행하게 하는 것이다.

서버 비상백업 시스템의 구성은 일반 서버 내 탑재 가능한 모듈형태로 베터리팩 컨트롤러 인터페이스가 구비되며, 컨트롤러는 전원불량 등 이벤트 발생 시 베터리팩을 통한 전원 제공 및 백업을 수행한다.

본 발명의 비상백업시스템은 서버 내 위치하며, 서버의 파워서플라이(전원공급장치)와 직접 연결되는 것으로, 물리적인 전원 연결은 '전원코드-서버파워서플라이-비상백업장치-메인보드'이다.

비상백업장치의 배터리는 서버 전원 인가 시 부터 배터리 충전을 하며 비상장치내 컨트롤러(BMS-배터리관리시스템-기능포함)가 관리하고 있다.

외부에서 인가된 전원을 비상백업시스템의 감지기가 전압/전류를 실시간 체크하고 있다.

전원 공급이 중단되거나 이상 발생 시 비상백업 시스템의 배터리에서 전원을 공급하되,

In-Line 방식으로 전원 공급의 단절이 발생하지 않는다.

그러므로 본 발명의 전원 공급 시 발생된 내부 이벤트를 컨트롤러가 감지하여 현재 운영 중인 서버의 이미지백업을 정확하고 신속하게 수행하게 된다. 상기 컨트롤러는 송수신부, 데이터를 저장하는 저장부, 전압/전류설정치와 감지기로부터의 전송받은 측정값을 비교하는 비교부, 제어부로 구성된다.

특히 본 발명의 비상백업시스템은 서버 사용률이 낮은 시간대 정기적(스케쥴 기능)으로 해당 서버의 OS영역 외 사용자 영역에 대한 풀백업을 수행하며, 비상동작 발생 시 백업시간을 단축하기 위해 스냅샷 개념의 백업을 수행한다. 상기 스냅샷 백업은 주요자료를 우선적으로 백업시키며, 주요도가 동격 내지 유사한 범주일때는 폴더나 파일종류에 따라 우선순위를 정할 수 있다.

본 발명의 비상백업시스템은 시스템 최초 1회 백업 후 전원부에 이상 발생 시 스냅샷을 활용한 백업을 진행한다. 곧 전원부 이상시 내장배터리 타임으로 인하여, 스냅샷으로 백업 진행 하여 최초 백업한 파일과 스냅샷을 통한 시스템 복원을 진행한다.

스냅샷 백업에 대해 설명하기 위해 먼저 스냅샷에 대해 설명하면, 스냅샷은 특정 시간에 데이터 저장 장치의 상태를 별도의 파일이나 이미지로 저장하는 기술을 의미하며, 스냅샷 기능을 이용하여 데이터를 저장하면 유시 데이터 복원과 일정 시점의 상태로 데이터를 복원할 수 있다.

스냅샷이 필요한 이유는

1) 데이터 분석, 데이터 보호 및 데이터 복제와 같은 작업을 수행하며

2) 재해복구와 같은 장애 상황에서도 데이터 복원이 되며 (완전 백업 대비 백업 속도가 빠름)

3) 긴급한 상황에서 최상의 데이터 보호 수단이 될 수 있으며

4) 대용량 데이터의 백업관리를 단순화하여 운영 관리 비용을 최소화 할 수 있기 때문이다.

10 : PCIe 확장시스템
20 : 일반서버(CPU서버)
30 : PCI EXPRESS SWITCH
40 : PCI EXPRESS SLOT
50 : 그래픽 카드
100 : 서버
110 : 비상백업시스템 120 : 메인보드
130 : 서버용 파워서플라이 유닛 140 : 배터리
150 : 백업전용 저장소 160 : 컨트롤러
170 : 메인보드

Claims

PCIe 확장 시스템을 사용하여 CPU 서버를 GPU 서버로 구현하는 것으로, 상기 PCIe 확장 시스템은 호스트 서버의 마더 보드에 그래픽카드를 직접 액세스 할 수 있도록 PCIe 슬롯 확장을 지원하는 것이며, 상기 PCIe 확장 시스템은 PCIe 스위치와 CPU 서버의 PCIe 어댑터에서 버스 리피터를 사용하여 호스트 서버에서 PCIe 확장 케이블로 브리지 연결하는 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템에 있어서,
상기 PCIe 확장시스템은 CPU 서버 메인보드의 PCIe 슬롯에서 백플레인의 PCIe와 연결하는 것으로 하나의 서버에 다량의 그래픽카드를 사용하기 위한 방안으로, 브리지 연결은 낮은 대기 시간 버스 처리량을 위해 PCIe x16 버스 리피터를 활용하며, CPU 서버에서 확장 케이블로 연결되고, CPU 서버에서 로우 프로파일 PCIe 플러그인 카드 형식을 통한 표준 PCIe 슬롯과 PICMG 1.3을 사용하는 백플레인 보드의 PCIe 슬롯에 연결되는 것이며,
PCIe 확장 시스템은 부팅 시 호스트 서버 시스템에 의해 인식되고,
PCIe 어댑터, 데이터 케이블 및 확장 Backplane 세 가지 요소로 구성되되, PCIe 어댑터는 CPU 서버와 Backplane의 PCIe x16 slot에 삽입되며, PCIe 데이터 케이블은 CPU 서버와 Backplane을 연결하고
부팅 시, 각 링크의 레인너비를 협상한 후 각 PCIe 링크가 설정되는 하드웨어 초기화를 진행하는 것이며, 연결된 링크는 전송 쌍과 수신 쌍으로 구현되는 이중 단방향 차동 연결로 구성되는 것이며,
상기 링크는 CPU 서버의 PCIe slot과 백플레인(Backplane)의 PCIe slot의 연결을 의미하며, 레인 너비의 협상은 PCIe에 그래픽카드가 인식되어 사용되는 레인이 x8인지 x16인지 확인하는 과정을 의미하며, 레인은 데이터 전송 대역폭을 의미하며, 연결된 PCIe 장치에서 CPU로 데이터 비트가 전송되는 데이터 통로 역할을 하는 것이며,
레인은 x1(1레인), x4(4레인), x8(8레인), 또는 x16(16레인)가 있으며 일반적으로 그래픽카드는 x16(16레인)을 사용하며
또한, 서버는 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템을 위한 비상백업 시스템을 구비하는 것으로, 서버(100) 운영 중 발생할 수 있는 시스템 오류 발생 시 운영 중인 OS 및 어플리케이션을 백업을 수행한 후 서버가 안전하게 셧다운(Shutdown) 수행하게 하는 비상백업 시스템으로, 일반 서버 내 탑재 가능한 모듈형태로 배터리팩 컨트롤러 인터페이스가 구비되는 것이며, 상기 배터리팩 컨트롤러 인터페이스는 전원불량 이벤트 발생 시 베터리팩(140)을 통한 전원 제공 및 백업을 수행하는 서버 비상백업 시스템으로서,
상기 비상백업시스템은 서버 내 위치하며, 서버의 파워서플라이와 직접 연결되는 것으로, 물리적인 전원 연결은 '전원코드-서버파워서플라이-비상백업장치-메인보드'이며, 비상백업장치의 배터리는 서버 전원 인가 시 부터 배터리 충전을 하며 비상장치내 컨트롤러가 관리하고 있고, 외부에서 인가된 전원을 비상백업시스템의 감지기가 전압/전류를 실시간 체크하고 있으며, 전원 공급이 중단되거나 이상 발생 시 비상백업 시스템의 배터리에서 전원을 공급하되, In-Line 방식으로 전원 공급의 단절이 발생하지 않으므로, 전원 공급 시 발생된 내부 이벤트를 컨트롤러가 감지하여 현재 운영 중인 서버의 이미지백업을 정확하고 신속하게 수행하게 되는 것으로, 상기 컨트롤러는 송수신부, 데이터를 저장하는 저장부, 전압/전류설정치와 감지기로부터의 전송받은 측정값을 비교하는 비교부, 제어부로 구성되는 것으로 ,비상백업시스템은 서버 사용률이 낮은 시간대 정기적인 스케쥴 기능으로 해당 서버의 OS영역 외 사용자 영역에 대한 풀백업을 수행하며, 비상동작 발생 시 백업시간을 단축하기 위해 스냅샷 백업을 수행하는 것으로, 상기 스냅샷 백업은 주요자료를 우선적으로 백업시키며, 주요도가 동격 내지 유사한 범주일때는 폴더나 파일종류에 따라 우선순위를 정하며,상기 비상백업시스템은 시스템 최초 1회 백업 후 전원부에 이상 발생 시 스냅샷을 활용한 백업을 진행하는 것으로, 전원부 이상시 내장배터리 타임으로 인하여, 스냅샷으로 백업 진행 하여 최초 백업한 파일과 스냅샷을 통한 시스템 복원을 진행하는 것으로, 스냅샷은 특정 시간에 데이터 저장 장치의 상태를 별도의 파일이나 이미지로 저장하는 기술을 의미하며, 스냅샷 기능을 이용하여 데이터를 저장하면 유시 데이터 복원과 일정 시점의 상태로 데이터를 복원할 수 있는 것을 특징으로 하는 PCIe 확장 시스템을 이용한 CPU 서버의 GPU 서버 구현 시스템
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