TW202221524A - 混合式叢集系統及其計算節點 - Google Patents

Abstract

一種混合式叢集系統，包含有用於提供儲存資源的至少一儲存節點以及用於提供計算資源的至少一計算節點。至少一計算節點的規格相同於至少一儲存節點的規格。

Description

混合式叢集系統及其計算節點

本發明係指一種混合式叢集系統及其計算節點，尤指有利於系統更新且可提高產品複用性及靈活性的混合式叢集系統及其計算節點。

現有的伺服器多為特殊規格，不相容於其他伺服器的系統界面，也沒有統一的規格尺寸，因此系統的更新或升級只能仰賴原設計廠商，從而阻礙更新或升級。此外，現有的伺服器通常僅作為計算節點，無法支援儲存裝置的整合，若有儲存需求，則需額外配置一個儲存型伺服器。因此，如何節省設計成本並整合儲存與計算需求已成為重要課題。

因此，本發明主要提供一種混合式叢集系統及其計算節點，利於系統更新並提高產品複用性及靈活性。

本發明揭露一種混合式叢集系統，包含有至少一儲存節點，用於提供儲存資源；以及至少一計算節點，用於提供計算資源，該至少一計算節點的規格相同於該至少一儲存節點的規格。

本發明另揭露一種計算節點，用於提供計算資源，包含有複數個計算元件，該計算節點耦接至一儲存節點，該計算節點的規格相同於該儲存節點的規格。

在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包括」係為一開放式的用語，故應解釋成「包括但不限定於」。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「第一」、「第二」等敘述，僅用以區別不同的元件，並不對其產生順序之限制。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例中一混合式叢集（hybrid cluster）系統10的示意圖。混合式叢集系統10可包含有計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1，據此，混合式叢集系統10可用於提供計算及儲存資源，以整合儲存與計算需求。計算節點Nsoc1用來虛擬用戶的虛擬平台，計算節點Nsoc1可以是進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine，ARM）微型伺服器，但不以此為限。儲存節點Nhdd1用來儲存資料，儲存節點Nhdd1可以是2.5英吋硬碟（2.5-inch Hard Disk Drive，2.5-inch HDD），但不以此為限。計算節點Nsoc1的尺寸與儲存節點Nhdd1的尺寸相同，例如均採用現有技術中的2.5英吋的標準規格。並且，計算節點Nsoc1的界面與儲存節點Nhdd1的界面相同。在一些實施例中，計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1均採用SFF-8639連接器。在一些實施例中，計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1均採用非揮發性記憶體主機控制器界面規範（Non-Volatile Memory Express，NVMe）界面。在一些實施例中，計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1均採用周邊組件互聯標準（Peripheral Component Interconnect Express，PCIe）界面。在一些實施例中，計算節點Nsoc1的界面以及儲存節點Nhdd1的界面相同均支援熱插拔（Hot swapping/Hot plugging）。

簡言之，計算節點Nsoc1的規格與儲存節點Nhdd1的規格相同，如此一來，計算節點Nsoc1可以相容於儲存節點Nhdd1所設置的系統界面，因此可節省設計成本，提高產品複用性。並且，計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1可以互相替換，例如原先設置儲存節點Nhdd1可改為設置計算節點Nsoc1，而有利於系統升級或更新。更進一步地，可以依據不同需求而變更調整計算節點Nsoc1數量以及儲存節點Nhdd1數量的配置比例，從而增加產品靈活性。

具體而言，請參考第2圖，第2A圖為本發明實施例中一混合式叢集系統20的示意圖，第2B圖繪示第2A圖所示的混合式叢集系統20的示意圖。混合式叢集系統20可作為混合式叢集系統10。混合式叢集系統20可包含有機箱210、背板（backplane board）220、交換器（switch）230、計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2。機箱210用於容置背板220、交換器230、計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2。背板220電性連接於交換器230、計算節點Nsoc2與儲存節點Nhdd2之間，使得計算節點Nsoc2可耦接至儲存節點Nhdd2。一個背板220可包含有呈陣列排列的多個插槽（Bay），所述多個插槽具有固定的間距。計算節點Nsoc2或儲存節點Nhdd2分別插設至背板220的插槽以電性連接至背板220，如此一來，背板220可與計算節點Nsoc2或儲存節點Nhdd2進行電源傳輸以及訊號傳輸。另一方面，交換器230則可對混合式叢集系統20的計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1定址（addressing）。

計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2可分別作為計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1。在一些實施例中，儲存節點Nhdd2可為非揮發性記憶體（Non-Volatile Memory），但不以此為限。在一些實施例中，資料可以分散式地儲存於不同的儲存節點Nhdd2。儲存節點Nhdd2可以設置於外殼（chassis）中，外殼的尺寸即為儲存節點Nhdd2的尺寸。在一些實施例中，計算節點Nsoc2的尺寸可小於或等於儲存節點Nhdd2的尺寸。在一些實施例中，在一些實施例中，計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1均符合2.5英吋硬碟形態（Form Factor），但不以此為限，計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1亦可均符合1.8英吋硬碟形態或3.5英吋硬碟形態。在一些實施例中，計算節點Nsoc1的界面與儲存節點Nhdd1的界面相同，例如均採用標準SFF-8639的非揮發性記憶體主機控制器界面規範界面。由於計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2的尺寸規格以及界面相同，因此計算節點Nsoc2可以相容於儲存節點Nhdd2所設置的系統界面（例如可為現有技術中所採用的系統界面），也就是共用機箱210（例如可為現有技術中所採用的機箱），以節省設計成本，提高產品複用性。

此外，由於計算節點Nsoc2可以容置於儲存節點Nhdd2的插槽，因此可以依據不同需求而變更調整計算節點Nsoc2數量以及儲存節點Nhdd2數量的配置比例。舉例來說，在一些實施例中，混合式叢集系統20可包含有3個背板220，一個背板220可包含有8個插槽，但不以此為限。也就是說，混合式叢集系統20可包含有24個插槽，以供計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2插設至背板220，並且，計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2的總數量上限為一定值（例如24個）。如第2圖所示，混合式叢集系統20可包含有20個計算節點Nsoc2以及4個儲存節點Nhdd2，但不以此為限，混合式叢集系統20亦可僅包含有18個計算節點Nsoc2以及5個儲存節點Nhdd2，而未插滿所有的插槽。也就是說，計算節點Nsoc2與儲存節點Nhdd2之間的數量比例為可調整的。混合式叢集系統20的24個插槽可均勻地以固定的間距來排列，如此一來，插設至背板220的插槽的計算節點Nsoc2或儲存節點Nhdd2對齊至四個平面（即機箱210的底面和頂面、背板220以及與背板220相對的前板）排列。如第2圖所示，20個計算節點Nsoc2設置於混合式叢集系統20的左側，4個儲存節點Nhdd2設置於混合式叢集系統20的右側，也就是說，計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2可以依據類別排列。然而本發明不限於此，如第1圖所示，計算節點Nsoc1以及儲存節點Nhdd1也可以呈交錯排列。

請參考第3圖，第3圖為本發明實施例中一計算節點Nsoc3的示意圖。計算節點Nsoc3可作為計算節點Nsoc1。計算節點Nsoc3可包含有隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）313、快閃記憶體（Flash Memory）315、計算元件317以及連接器（connector）319。計算元件317耦接於隨機存取記憶體313、快閃記憶體315與連接器319之間。在一些實施例中，隨機存取記憶體313、快閃記憶體315、計算元件317以及連接器319之間的資料通訊連結（data communication link）可符合周邊組件互聯標準。在一些實施例中，隨機存取記憶體313中可儲存作業系統（operating system），例如Linux作業系統。在一些實施例中，計算元件317可為系統單晶片（System on a Chip），其可處理數位訊號、類比訊號、混合訊號甚至更高頻率的訊號，並可應用在嵌入式系統中。在一些實施例中，計算元件317可為進階精簡指令集機器系統單晶片。如第3圖所示，計算節點Nsoc3包含有2個計算元件317，但不以此為限，計算節點Nsoc3可包含有2個以上的計算元件317。連接器319支援電源以及訊號的傳輸，且支援熱插拔。在一些實施例中，連接器319可採用周邊組件互聯標準界面。在一些實施例中，連接器319可為SFF-8639連接器。SFF-8639可稱為U.2接口，是由固態硬盤形態工作組織（SSD Form Factor Work Group）所規範。第4圖繪示第3圖所示的計算節點Nsoc3的元件配置示意圖，然而計算節點Nsoc3的元件配置不限於第4圖所示的配置方式，而可視不同設計考量而調整。

請參考第5圖，第5圖為本發明實施例中一交換器530的示意圖。交換器530可作為交換器230。交換器530可作為乙太網路交換器（Ethernet Switch）或其他的交換器。交換器530可包含有連接器532、534以及管理晶片538。管理晶片538耦接於連接器532、534之間。連接器532、534以及管理晶片538之間的資料通訊連結可符合周邊組件互聯標準。連接器532可為板對板（Board to Board，B2B）連接器，但不以此為限。連接器534可為SFP28連接器，但不以此為限。連接器534可作為網路接口。交換器530可將來自連接器534的資料訊號路由（route）至多個計算節點的計算元件（例如第3圖所示的計算節點Nsoc3的計算元件317）其中一者。管理晶片538可為現場可程式化邏輯閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA），但不以此為限，管理晶片538亦可為可程式化邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）或特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）。在一些實施例中，管理晶片538可用來管理計算節點以及儲存節點（例如第2圖所示的計算節點Nsoc2以及儲存節點Nhdd2）。在一些實施例中，管理晶片538可用來管理計算節點的計算元件（例如第3圖所示的計算節點Nsoc3的計算元件317）。

請參考第6圖，第6圖為本發明實施例中一背板620的示意圖。背板620可作為背板220。背板620可包含有連接器622、629。連接器622、629之間的資料通訊連結可符合周邊組件互聯標準。連接器622可為板對板連接器，但不以此為限。連接器629支援電源以及訊號的傳輸，且支援熱插拔。連接器629可為SFF-8639連接器。背板620可用來中繼管理資料，而使資料傳輸於交換器（例如第2圖所示的交換器230）與對應的計算節點（例如第2圖所示的計算節點Nsoc2）之間。由於混合式叢集系統（例如第2圖所示的混合式叢集系統20）可能不包含有中央處理器（Central Processing Unit，CPU）而不同於現有的管理伺服器的方式，因此背板620還可包含有微處理器（Microprocessor），以協助交換器的管理晶片（例如第5圖所示的交換器530的管理晶片538）來管理計算節點的計算元件（例如第3圖所示的計算節點Nsoc3的計算元件317）。

請參考第7圖，第7圖為本發明實施例中的一混合式叢集系統70、一x86平台伺服器Px86以及用戶SR1～SR5的示意圖。混合式叢集系統70可作為混合式叢集系統10。在一些實施例中，混合式叢集系統70採用Linux作業系統的內核（kernel）。混合式叢集系統70可包含有多個計算節點Nsoc7構成，混合式叢集系統70的計算節點Nsoc7的數量可依據機型不同而適當調整，舉例來說，混合式叢集系統70可能包含有30個以上的計算節點Nsoc7。混合式叢集系統70中的計算節點Nsoc7可以是進階精簡指令集機器平台的微型伺服器。相較於x86平台伺服器Px86，混合式叢集系統70的計算節點Nsoc7具有高性價比，也就是說，在相同性能下成本及耗電量較低。混合式叢集系統70將進階精簡指令集機器架構的微型伺服器（即計算節點Nsoc7）串接成龐大的運算中心，如此一來，可改善應用程式（Mobile Application，APP）的運行效能，降低成本及耗電量。

具體而言，透過虛擬技術將一個計算節點Nsoc7虛擬為多個行動裝置（例如手機）的混合式叢集系統70，可為行動裝置應用程式（Mobile Application，APP）串流（Streaming）平台提供雲端服務。用戶SR1～SR5不需要下載各種應用程式，可直接連結雲端來運行所有需要的應用程式（例如手機遊戲、群控行銷），而將運算負載移至資料中心處理。也就是說，所有運算皆是在資料中心完成，用戶SR1～SR5的裝置產生的影像或聲音，都是在資料中心處理完成才串流至用戶SR1～SR5的裝置。由於行動裝置以虛擬化方式建置於混合式叢集系統70，用戶SR1～SR5僅須透過網路連線，先至x86平台伺服器Px86登入帳號，即可在用戶SR1～SR5自己的裝置上遠端（remote）操作混合式叢集系統70內的虛擬行動裝置，而運行所有需要的應用程式（例如手機遊戲、群控行銷），無須下載安裝應用程式至用戶SR1～SR5自己的裝置，因此不會受限於用戶SR1～SR5的裝置的硬體規格。如此一來，用戶SR1～SR5可降低裝置中毒的風險，並節省裝置空間及改善運作效能。程式開發者可節省確保應用程式能在各種裝置運行的維護成本（例如資安維護）。更進一步地，在一些實施例中，可利用混合式叢集系統70的計算節點Nsoc7，將安卓（Android）應用程式所需的資源文件（例如程式碼、函式庫或環境配置檔）存放到運行容器（Container），並依據沙箱（Sandbox）機制與外部（例如Linux作業系統）隔離開來，使得更改運行容器的內容不會影響外部（例如Linux作業系統）。

由於混合式叢集系統70包含有計算節點Nsoc7以及儲存節點（例如第2圖所示的儲存節點Nhdd2），因此混合式叢集系統70可執行計算及儲存，而提供計算及儲存資源。在一些實施例中，一個計算元件（例如第3圖所示的計算元件317）可以安裝一個虛擬平台，一個計算元件可以模擬2個至3個虛擬行動裝置，但不以此為限。在一些實施例中，混合式叢集系統70的計算節點Nsoc7的計算元件（例如第3圖所示的計算元件317）提供影像處理功能，支援影像壓縮。在一些實施例中，當用戶SR1至x86平台伺服器Px86登入帳號後，x86平台伺服器Px86將混合式叢集系統70的一個計算節點Nsoc7的一個虛擬行動裝置分配給用戶SR1，用戶SR1的相關資料（例如應用程式）可儲存於混合式叢集系統70的儲存節點（例如第2圖所示的儲存節點Nhdd2）。計算節點Nsoc7完成相關運算後，進行編碼（encode）而將影像壓縮，並透過網路傳輸至用戶SR1的裝置。用戶SR1接收影像後，由用戶SR1的裝置進行解碼（decode）來產生影像。如此一來，可減少影像流量，從而達成影像加速。

綜上所述，混合式叢集系統的計算節點與儲存節點具有相同的規格，如此一來，計算節點可以相容於儲存節點所設置的系統界面，因此可節省設計成本，提高產品複用性。並且，計算節點以及儲存節點可以互相替換，而有利於系統升級或更新。更進一步地，可以依據不同需求而變更調整計算節點數量以及儲存節點數量的配置比例，從而增加產品靈活性。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10,20,70:混合式叢集系統 Nsoc1,Nsoc2,Nsoc3,Nsoc7:計算節點 Nhdd1,Nhdd2:儲存節點 210:機箱 220:背板 230,530:交換器 313:隨機存取記憶體 315:快閃記憶體 317:計算元件 319,532,534,622,629:連接器 538:管理晶片 Px86:x86平台伺服器 SR1~SR5:用戶

第1圖為本發明實施例中一混合式叢集系統的示意圖。 第2A圖為本發明實施例中一混合式叢集系統的示意圖。 第2B圖繪示第2A圖所示的混合式叢集系統的示意圖。 第3圖為本發明實施例中一計算節點的示意圖。 第4圖繪示第3圖所示的計算節點的元件配置示意圖。 第5圖為本發明實施例中一交換器的示意圖。 第6圖為本發明實施例中一背板的示意圖。 第7圖為本發明實施例中的一混合式叢集系統、一x86平台伺服器以及用戶的示意圖。

10:混合式叢集系統

Nsoc1:計算節點

Nhdd1:儲存節點

Claims (10)

1. 一種混合式叢集系統，包含有： 至少一儲存節點，用於提供儲存資源；以及 至少一計算節點，用於提供計算資源，該至少一計算節點的規格相同於該至少一儲存節點的規格。
2. 如請求項1所述之混合式叢集系統，其中該至少一計算節點及該至少一儲存節點均符合2.5英吋硬碟形態。
3. 如請求項1所述之混合式叢集系統，其中該至少一計算節點及該至少一儲存節點均採用非揮發性記憶體主機控制器界面規範界面。
4. 如請求項1所述之混合式叢集系統，其中該至少一計算節點中每一者的一第一連接器及該至少一儲存節點的中每一者的一第二連接器均為SFF-8639連接器。
5. 如請求項1所述之混合式叢集系統，其中該至少一計算節點與該至少一儲存節點的總數量上限為一定值，該至少一計算節點與該至少一儲存節點之間的數量比例為可調整的。
6. 如請求項1所述之混合式叢集系統，其中該至少一計算節點包含有複數個計算元件，該複數個計算元件中的每一者為進階精簡指令集機器系統單晶片，該至少一計算節點中的每一者為進階精簡指令集機器微型伺服器。
7. 如請求項1所述之混合式叢集系統，另包含有： 一背板，包含有複數個插槽，該複數個插槽呈陣列排列，該複數個插槽具有固定的間距，該至少一計算節點以及該至少一儲存節點分別插設至該背板的該複數個插槽以電性連接至該背板，該背板與該至少一計算節點進行電源傳輸以及訊號傳輸。
8. 如請求項1所述之混合式叢集系統，另包含有： 一交換器，該交換器為乙太網路交換器，該交換器包含有一網路接口，該交換器用來將來自該網路接口的資料訊號路由至該至少一計算節點其中一者。
9. 如請求項1所述之混合式叢集系統，其中該至少一計算節點及該至少一儲存節點對齊至四個平面排列，該至少一計算節點及該至少一儲存節點呈交錯排列或依類別排列。
10. 一種計算節點，用於提供計算資源，包含有： 複數個計算元件，該計算節點耦接至一儲存節點，該計算節點的規格相同於該儲存節點的規格。

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