TW532011B - Network topology structure on board of computer cluster - Google Patents

Description

532011 五、發明說明（1) 發明說明： 本毛明係有關於一箱雷聰堂在 構，其係提供單一系#1 叢集的板上網路拓樸化之結 …文此的巨量運算處理系統，使得 人員得到一高速運算能力之车缔使传攸事大罝—貝料處理之 之叢集系統。 ’、、、、’及一優越效能/價格比 (—H J::路：j: j個獨立的電腦系統為成員 統外的個體如冓成；集合·，於此系 (PTeCt)或扮演(咖讀單-系統映：(二le Γα::，），來進行運算’存取或管理，而這些成員 = 统Ϊ節點(η*) ’節點所可以主控(h〇st)、的 ^邊》又備％為此叢集系統的資源（resole幻，如硬碟機 等0

、按美國太空總署的太空資料及資訊科學傑出研究中 心為了進行地球與太空科學計晝，嘗試使用低廉而易得的 電腦^零件，來組裝平行電腦，以應付該計晝所需處理 的大里資Λ與汁异，该計晝將十六個i〇〇 mm 以10Mbits/s Ethernet組裝呈一個叢集，將此命名 Beowulf ; Bewulf pro ject很快地蔓延到其他研究單位。 Beowul f的成功與風行，是因為他適時的把握了微處理器 及相關電腦科技的發展趨勢與潮流；舉凡微處理器、主機 板、記憶體、磁碟、網路介面等均可輕易地在市面上買 到，而作業系統、編譯器、資料傳輸工具等軟體也可在網

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路上免 遽增， 匯集， 個 應需要 不受單 而 (cable 式；以 拓樸結 為網路 費或低廉的下載；另 万面 平行計算與處理的技術趨成、^的需求與日 iiass ’個人雷艦業隹 ^腦叢集的特性包㈣：具選取组件的-彈性、因 :::架構、可隨科技進展而快速調整 =高速計算及優越的價格性能二等：： ' #樸係為稷數個網路裝置通過網路雙魂 )等一傳輸媒體彼此連接，…成—定路二線 目前的網路拓樸結構來看，Λ致 ：霉方 構類型，請參閱第1AR、笛1Rm 下成種基本的 月』弟1A圖、第1B圖、及第lc圖， 拓樸形怨不意圖；如圖所示： 、’、 匯流排拓樸結構（Bus Topology ): ϊί電：ί備都連接在一條具有若干連接端口的電 氟上，如第1Α圖所示。 电 2·星狀拓樸結構（Star Topology ): 戶二有的結點站都連到共同的一，點，共同的點站 疋一個佈線集線器（Hub)，如第1B圖所示。 3·環形拓樸結構（Ring Topology ): 在環形網路上，所有連接到環形網路的結點，都、 為封閉迴圈之區域網路上的中繼器（Repe 視 第1 C圖所示。 ’如 請參閱第2圖，係為習知一電腦叢集系統架構之方 ° ，如圖所示，整個外框把他當成是一部虛擬的機械， 四台Intel SMP機械10,所組成，每部機器上都有至少—由 532011 五、發明說明（3) =CPU，四部機械間以Myrinet區域網路4〇’為傳輸媒介 J而形成-個電腦叢集系統架構，經由四部目 &擬的大機械5G，，以其中之—Intel着為主^成― 令，雖然是由四部機械it: ? 收使用的命 卻只有-部機械。成’㉟是以使用者的觀點來看 工作登入主控電[每當某部機械的 的那把機械來執行：每程分配給工作量最小 者，因此使用去咸达回主控電腦，呈現給使用 又，^ & $見上與使用單一電腦並沒有什麼分別 又，國家尚速電腦中心於一 π丨丁刀別。 電腦叢集，請參閱第3圖、 九^年7、月架設了 —組個人 叢集架構示意圖；⑹β示、’、’、國豕高速電腦中心之電腦 式集線器62,將二個單處理、’-係經由一24埠可堆疊交換 集線器“，將二個雙處 广用另-24埠可堆疊交換式 複數個個人電腦相連接=人電腦73、74,相連接或將 服器75’與第二部伺服$線。。連接起來’並與第—部伺 係做為檔案伺服器所使用，：：ΐ ’而第一部伺服器75’ 而第二部伺服器76，作 ”'、子放一般使用者的資料， 電腦叢集系缔a ，、、、叢集诚控的主控端。 系統，由大量的個價格比的巨量運算處理 個人電月,或工作站藉由網路互連所構成， ^32011 五、發明說明（4) ^里系、、先車人體可以提供指令流與資 ，力所Γ其系統效能可以根據所連散式貞裁乎衡處 =i也與其網路速度增加而接之叢集節點的増加而 叢集糸統中，為τ從a 曰加，因此，右習知M + 高# _攸 為獲得高效能，需Iβ在白的電腦 阿速網路。 而要大®的叢集節點及一 但，上述習知叢隹 樸具有相當大的缺點r如星：其：網路纜線連結的網路拓 那麼所有與之相連之社 拓樸一旦集線器發生問題， 1^電知或工作站造成這個系絲甘ϊ用“ ’以及大量的 路佈線、易受環境影響 路疒二龐大的體積、複雜的網 維護上的不易及繁二定性、整體結構之繁雜、 口此，如何針對上述 =4 的板上網路枯樸化之結盥j 出一種新颖之電腦叢集 積、網路之速度及繁雜^=法’不僅可解決系統之體 且及焉效能之超級電腦，^ 又可使操作者擁有價格便 及本發明人念茲在茲者，、久以來一直是使用者殷切盼望 軟、硬體元件相關產品而本發明人基於多年從事於電腦 乃思及改良之意念，研九開發、及銷售實務經驗， 計、專題探討，終於^個人之專業知識，經多方研究設 化之方法改良，可解九出一種電腦叢集的板上網路拓樸 本發明之主要目=上述之問題。妥是 路拓樸化之結構與方法，在於提供一種電腦叢集的板上網 下，可使整個電腦叢/在不變更電腦叢集軟體的前提 之硬體部分所佔用之統具有小的體積，減少叢集電腦 之間，增加空間之利用性。 第7頁 532011 五、發明說明（5) 本發明之次要目的，在於提供— ;路拓樸化之結構與方☆，可使此電腦J ^腦叢集的板上 :腦叢集系統採用公開之網路架構的統具有習知 之硬體維護之困難減至最低。 (M ’並將其衍 本發明之又一目的，在於提供—、 、、罔路拓#化之紝播 _ ^ " 種以電腦叢集的板上 化。'化m使使整個電腦叢集之架構趨於簡單 本發明之又一目的，在於提供—種 拓樸化之結構，因為整個叢集 2集的板上網 的管理上更加方便。 、、先早—化，所以在電源 本發明之又一目的，在於提佴— 路拓樸化之結#，因為整個叢集；的板上網 短，所以適合採更高頻（高速）的網路=間的連接距離 本發明之又一目的，在於提供—雷 路拓樸化為中心來構成一改良的電腦集的板上網 因為其網路為事先設計，所以其之結構與方法’ (inter-connectivity issue)，網：速声 2 連接 階段即可最佳化。 速度及穩疋性在設計 本發明之又一目的，在於提供_ 路拓樸化為中心來椹&改ρ :—電腦叢集的板上網 C馮中〜果構成一改良的電腦叢士 在硬體的升級上更佳彈性化，可根據枯^ / 級。 佩针技之進步而予以升 本發明之又一目的，在於接枇—仏& 路拓樸化為中心來構成一改良的電J隼腦：集的板上網 电如叢集之結構與方法， 532011 五、發明說明（6) 因為整個叢集系統單一化，所以在架構本叢集系統在價柊 上更便宜。 、σ 本發明係以安裝於板上的網路拓樸（〇n B〇ard

Network Topology )為核心’連接周邊的電腦節點及其次 源’構成一個電細叢集系統，其中，板上網路拓樸係由在 實體板上架構出網路實體拓樸，其包含有：路由哭μ (router)功能、橋接器（bridge)功能、交換器（switch)功 能、集線器（hub)功能、網路控制（contr〇Uer)功能或實 體層收發器（physical layer transmit ter ~~；rec:eiver 能等一種或數種網路積體電路或裝置在實體板上所互連"組 成’使電腦網路軟體可以在此實體板上實現電腦網路通5 協定，如同一區域網路（Local Area Network)，而此〒 體板則可為印刷電路板（P C B )或積體電路封裝基板 、 (Substrate )等，又，電腦節點，則至少含有微處理哭 (Processor)單元、記憶體（Memory)單元、輸出輸入 (I/O)單元及網路通訊單元（Network Communication

Unit )四個基本單元來構成。 兹為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之 功效有更進一步之暸解與認識’謹先以一方塊圖來說明其 架構，再佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如 後· 首先，請參閱第4圖，其係為本發明之一較佳實施例 方塊圖；如圖所示，其係為複數個電腦節點2，與相對應 於各電細卽點之網路積體電路或網路裝置4，藉由實體板

第9頁 532011 五、發明說明（7) 上的連接6共同架構一電腦叢集系統，而網路積體電路及 實體板即為板上的網路拓樸，各節點有其所主控的資源 其次，請參閱第5圖，係為發明之一較佳機實施例示 意圖；如圖所不，其係為一具有板上網路拓樸的主機板i 〇 (Mainboard With On-Board Network Topology)連接複 數個單板電腦子卡20及外接一通訊網路（External Netw〇rk)30，而板上網路拓樸主機板1〇其係由板上伺服端 電腦（On-Board Computer Server)140 及一個板上複數埠 高速網路裝置（On-Board Multi-P〇：rt High-Speed

Networking Uni t ) 150組成。板上伺服端電腦14()包含有 中央處理器lio、輸出輸入裝置120及記憶體13〇等等，並 包含一板上網路伺服系統（0n-B〇ard c⑽puter Server) 140及一板上複數個高速通訊網路連接裝置 (〇n-Board Multi-Port High-Speed Networking Communication Unit) 150 〇 早板電腦子卡20其係為—含有網路介面之獨立電腦子 ^，而使用連接器（connector)如插槽（sl〇t 〇r s〇cket) 路拓樸主機板相連接’ x，單板電腦子卡2〇則另 卜：^存貢料之外接資源40相連接，其儲存資料之外接資 為：碟、軟碟及光碟片等等，而單板電腦子卡2〇則包 ^有二中央處理器H0、記憶體Μ、網路介面（Netw〇rk A : 230及一輸出輸出裝置24〇 ’網路介面230其係 早板電腦子卡20與板上網路拓樸主機板10之連接介面， 532011 五、發明說明（8) — 而輸=輸出裝置240係為一單板電腦子卡2〇與儲存資 外接資源4 0相連接之介面裝置。 、；' 單板電腦子卡20無異於一台個人電 (Wo^aUon) 置，並與記錄貪料之外接資源4〇相連接，所以合=波 立：腦子卡與主機板相連接時，就構成 ：：獨 發明係將個人電腦或工= 本 接器與主機板連接，而達到=網過連 ==許多個人電腦或工作站予以連接，所以本發 ，叢集電腦結構簡單化與系統體積縮小化， 二將正 管理，及不會因為網路拓樸之速度不 i 電源 缺點所影響’而造成電腦叢集系法r : 同路拓樸之 護管理更方便，本發明不僅易在系；之維 腦之價格比習知架構起來更便宜。 且叢集電 請參閱第6圖，本發明之另一較佳立 圖所示，其係為一插槽機板（Slot B〇ard)5()&W圖；如 線器（Switching Hub)540構成主板， 父換式集 插槽（S1〇t)520，而複數個插槽 板^^有複數個 卡60其係包含有卡上内建之中央處理:’該子 置630及記憶體620等等，該子卡6〇盘儲輪出輸入裴 連接，其儲存資料之資源4〇可為硬磾、“及：資源40相 等，且可以定義其令一子卡7〇為飼】車人碟^光碟片等 (如顯示卡）後與顯示裝置8〇 ，透過解碼裝置 運接’及與-輸入輸出裝 532011 五、發明說明（9) 置如並鍵盤，及列印機相連接。 電腦(H t ΐ:—獨立電腦子卡，該子卡無異於一台個人 哭、: 站（Workstation )，其擁有中央處理 以當複數個獨立電；與記錄貢料之載體相連接’所 Γΐΐ ί發明係將個人電腦或工作站作成-介面； 路拓樸實體化.如此H 式與主板連接，而達到板上網 (r^ckablM Μ，+ 插槽機板適合建置為可積架式

Uackable)的大型叢集系統。 产f ^政^ ^ 一貫施例係利用積體電路之微縮化，將一顆 積體電路整合了網路電路么 肘顆 系統單晶片（System 0n a rh.口、电'之功此，即為所稱之 片共同封裝於一個A板上其^)，再將複數個’系統單晶 接，就形成一實體“板：反上有系二單晶片的電性連 所需記憶體等資源，如下所述。 再連接作業糸統 請參閱第6圖，本發明之 圖所示，一封穿美柘f p , 較佳貝鈿例示意圖；如 钉展基板（package Substrat 數個系統單晶片92及一網路晶片9 〇:、内含複 為實現複數個系統單晶片之間暨系統單要功能 通訊協定，而系統單晶片其内含有— =外界的網路 嵌入式記憶體922、輸入輸出電;式=，〇、 926及匯流排介面（Bus Interface) 928。璉輯電路裝置 綜上所述’本發明係有關於一 取朱的板上網路 5320Π 五 發明說明（10) 拓榜％ <刀忒’其係提供單一系 集=供—高效能的巨量運算處理系統'，使 格性之叢集系統；故本 及一優越價 玎供產業利用者，# #人_ a為一具有新穎性、進步牲及 ^ 應付合我國專利法所#仝a由 件無疑’、差依法提出發明專利中請，$之專利申請要 利，至感為禱。 釣局早曰賜准專 惟以上所述者，僅 非用來限定本發明實施二範‘，$二$佳實施例而已，並 圍所述之形狀、構造、特徵 凡依本發明申請專利範 飾，均應包括於本發明 往：：：為之均等變化與修 圖號簡單說明·· T明專利乾圍内。

10’ Intel SMP 2 0 ’主控電腦 30，乙太網路 4 0 區域網路 5〇，虛擬的大機械 6 0’ 2 4埠可掩田 62，24埠以？交換式集線器 64， | π交換式集線器 71，單處理=式集線裔 7 早處理器個人電^ 73,雙處理写、彻 态個人電腦 又處理器個人電腦 第13頁 532011 五、發明說明（11) 7 5’ 第一部伺服器 7 6’ 第二部伺服器 2 電腦節點 4 積體電路或網路裝置 6 連接 8 資源 10 板上網路拓樸主機板 110 中央處理器 120 輸出輸入裝置 13 0 記憶體 140 板上網路伺服電腦 150 高速通訊網路連接裝置 20 電腦子卡 210 中央處理器 220 記憶體 230 網路介面 240 輸入輸出裝置 30 通訊網路 40 外接資源 5 0 插槽機板 5 2 0 插槽 540 交換式集線器 60 子卡 610 中央處理器

第14頁 532011 五、發明說明（12) 620 記 憶 體 630 入 輸 出 裝 置 640 資 源 70 子 卡 710 中 央 處 理 器 720 t己 憶 體 730 m 入 輸 出 裝 置 740 網 路 裝 置 80 顯 示 裝 置 90 封 裝 機 板 92 單 晶 片 920 後 入 式 處 理 器 922 嵌 入 記 憶 體 924 入 輸 出 裝 置 926 邏 輯 裝 置 928 匯 流 排 介 面 94 網 路

第15頁 532011 圖式簡單說明 第1 A圖：其係為習用一網路拓樸形態示意圖； 第1 B圖：其係為習用另一網路拓樸形態示意圖； 第1 C圖：其係為習用又一網路拓樸形態示意圖； 第2圖：係為習知之一叢集式電腦架構方塊圖； 第3圖：係為國家高速電腦中心之電腦叢集架構示意圖； 第4圖：本發明之一較佳實施例方塊圖； 第5圖：本發明之一較佳實施例示意圖； 第6圖：本發明之另一較佳實施例示意圖；及 第7圖：本發明之另一較佳實施例示意圖。

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Claims (1)

1. '申請專利範圍 •—種電腦叢隼的L , 係向缸士 的板上網路拓樸化之姓Μ甘+布 诉包括有： 〜…構，其主要構造 具有板上網路拓樸之主 訊協定；及 用以提供執行網路通 —電腦節點群，係由 群，該組群俜盘兮且：”電腦系統所組成-組 t你興邊具有板上網路 2 ，用以提供指令鱼資料的谨I ^樸之主機板連接 •如申嗜直&丨^ 科的運异、存取、及管理。 ^專利乾圍第i 及吕理 網路拓樸的主她丄土構其中該具有板上 •如申嗜專刹》機接複數個單板電腦子卡。 甲明專利乾圍第1項所述之結 1 由板上伺服*山+ 诉 /、平该主機板係 成。 镐電腦及一板上複數埠高速網路裝置所組 4 圍第3項所述之結構，其中該板上飼服 個高迷通ΐ有一板上網路伺服系統、及一板上複數 連通sfL網路連接裝置。 •ΪΠί利範圍第2項所述之結構，其中該單板電腦 _ ㊂有網路介面之獨立電腦子卡者，且使用 •如申ί為與該具有板上網路拓樸之主機板連接。 7 a專利範圍第2項所述之結構，其中單板電腦子 、° 1與错存資料的外接裝置連接。 / f叫專利範圍第1項所述之結構，其中該獨立電腦 糸，，包括有一提供指令及資料之邏輯運算功能之處 t &單凡、~提供資料儲存功能之記憶體單元、一提 么、該獨立電腦系統輸入輸出電路之輸入輸出單元、及

   532011 申請專利範圍 8 9 0 提供該獨立電腦與其他電腦 。 路連接之網路介面單 申請專利範圍第i項所述之結 與該電腦叢集的板上網路拓樸化之路系統 一巨型叢集系統。 之、、，。構連接，以形 申請專利範圍第丄項所述之結構 一連接器而盥該且右妬卜姻玖4抓，、中及，、且群可稭 .&由& $ / 有板上網路拓樸之主機板連接。 。。如申请專利範圍第9項所述之結 I 接 '可選自-插槽、或一排線之一。#中°亥連接 如申睛專利範圍第丄項所述之 網路拓樸係包括有： 肖H亥板上 :2裝置組群，係由複數個網路裝置所組成者，用 一每煶供該板上網路拓樸之訊號處理；及 貝體板，係與該複數個網路裝置連接者。 ♦ 專利範圍第11項所述之拓樸結構，其中 貝體板係選自一電路板或基板之_。 每如申請專利範圍第1 1項所述之拓樸結構，其中 I體板與複數個網路裝置之間尚包括有一訊號連接 介0 汝申明專利範圍第1 1項所述之拓樸結構，其中 、、罔路裝置係至少具有下列裝置之一：一實體層收發 i 一網路存取控制器、一集線器、一交換器、一 4 為、二路由器、及一閘道器。 如申請專利範圍第1項所述之拓樸結構，其中該 元 如 可 成 如 由 2 4 該 該 媒 該 器 接

   第18頁 532011 六、申請專利範圍 獨立電腦系統係選自一系統單晶片及一單板電腦子卡 之一 〇 6目如申請專利範圍第i項所述之拓樸 7 板槽機板上 右申明專利乾圍第丄項所述之拓樸結 =樸之主機板可設置於心I?多

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