TWI497312B - 高密度伺服器系統 - Google Patents

Description

高密度伺服器系統

一種高密度伺服器系統，特別係指一種高密度伺服器針對外部網路訊息進行內部分配及處理之系統。

所謂的高密度伺服器，指的是在一台伺服器內配置有高密度的伺服器節點(Node)，藉以提高伺服器整體的運算能力。

伺服器通常包含有工作網路和管理網路，工作網路連接外網，用於傳輸其主要的服務資料；管理網路一般設於機房內部，用於對伺服器進行管理和控制。

高密度伺服器一般通過網路介面來對外傳輸資料，其內部節點眾多，然而其對外的網路介面通常較少(遠少於節點數量)，而每個節點又必須連接到管理網路和工作網路。

因此，針對高密度伺服器，在較狹小的空間內，如何保證每個節點具有可靠的網路連接並擁有足夠的網路帶寬，是一個非常重要的問題。

綜上所述，因此有必要提出全新的高密度伺服器構架，來解決各節點的網路訊號傳輸問題。

有鑒於上述問題，本發明遂揭露一種高密度伺服器系統，其中至少包含：機箱、中板、網路控制板、多個節點背板、至少一個伺服器節點。

中板，固定於機箱內，具有多個背板插槽(slot)和管理網路插槽與工作網路插槽及訊號線路，每個背板插槽包含多組工作網路通道接腳和一組管理網路通道接腳，訊號線路將工作網路通道接腳與工作網路 插槽連接以產生各工作網路通道，並將管理網路通道接腳與管理網路插槽連接以產生管理網路通道。

網路控制板，至少具有對外網路介面、網路處理單元、管理網路插頭以及工作網路插頭，管理網路插頭與工作網路插頭分別插接於管理網路插槽與工作網路插槽，網路處理單元自對外網路介面接收工作網路訊號與管理網路訊號後，分別經由工作網路插頭與管理網路插頭輸出至工作網路通道與管理網路通道；網路處理單元更透過工作網路插頭與管理網路插頭接收來自工作網路通道與管理網路通道的工作網路訊號與管理網路訊號，並合成網路訊號後從對外網路介面輸出。

節點背板，分別於另一側插接到中板的背板插槽上，每個節點背板包含多個節點插槽，每個節點插槽單獨藕接背板插槽內的工作網路通道其中之一，背板插槽內的管理網路通道則通過分線模組耦接至各個節點插槽。

伺服器節點(node)，插設於節點插槽上，每一伺服器節點包含資料處理模組和基板管理控制器(Baseboard Management Controller,BMC)，資料處理模組透過節點插槽收發工作網路通道內的工作網路訊號，基板管理控制器透過節點插槽收發管理網路通道內的管理網路訊號。

本發明所揭露之系統如上，本發明之高密度伺服器中，對於負荷較大的工作網路，在節點背板和中板上，每個伺服器節點均有獨立的資料傳輸通道，互相之間不會影響，保證了每個節點的網路都具有足夠的帶寬，伺服器整體的網絡傳輸速度得到保障；對了資料量相對較小的管理網路，伺服器系統採用了適當的合併線路的手段，減小了傳輸線路所佔的空間；本發明在整個伺服器內的網路信號傳輸均免去了線纜，全部依靠插介面和印刷線路，結構更緊湊，信號傳輸更可靠。

100‧‧‧高密度伺服器

110‧‧‧中板

111‧‧‧管理網路插槽

112‧‧‧工作網路插槽

114‧‧‧訊號線路

116‧‧‧背板插槽

118‧‧‧工作電源連接器

119‧‧‧風扇連接器

120‧‧‧網路控制板

121‧‧‧管理網路插頭

122‧‧‧工作網路插頭

125‧‧‧對外網路介面

126‧‧‧網路處理單元

129‧‧‧控制單元

130‧‧‧節點背板

131‧‧‧背板接腳

133‧‧‧節點插槽

135‧‧‧分線單元

140‧‧‧伺服器節點

141‧‧‧節點接腳

145‧‧‧資料處理單元

146‧‧‧基板管理控制器

180‧‧‧電源模組

190‧‧‧風扇模組

300‧‧‧管理主機

第1A圖為本發明所提之高密度伺服器之元件示意圖。

第1B圖為本發明所提之中板之元件示意圖。

第1C圖為本發明所提之網路控制板之元件示意圖。

第1D圖為本發明所提之節點背板之元件示意圖。

第1E圖為本發明所提之網路訊號通道之示意圖。

第1F圖為本發明所提之伺服器節點之元件示意圖。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之特徵與實施方式，內容足以使任何熟習相關技藝者能夠輕易地充分理解本發明解決技術問題所應用的技術手段並據以實施，藉此實現本發明可達成的功效。

本發明可以由管理模組依據插設於高密度伺服器中之伺服器節點的網路識別資料配置網路位址，並透過高密度伺服器的通訊模組讓管理模組與各個伺服器節點交換資料，使管理模組得以管理插設於高密度伺服器中的伺服器節點。

其中，本發明所提之高密度伺服器100如「第1A圖」所示，高密度伺服器100至少包含機箱101、中板110、網路控制板120、節點背板130、以及伺服器節點(node)140。另外，高密度伺服器100還可以包含電源模組180以及風扇模組190。

機箱101提供設置中板110、網路控制板120、節點背板130、以及伺服器節點140的空間。

中板110，固定於機箱101內，負責提供網路控制板120與節點背板130連接，並提供在網路控制板120與節點背板130之間傳遞資料訊號與控制訊號等訊號。在部分的實施例中，中板110將電源模組180所提供的電源訊號傳遞給網路控制板120、節點背板130、伺服器節點140、以及風扇模組190。

如「第1B圖」所示，中板110具有管理網路插槽(slot)111與工作網路插槽112、訊號線路114、以及多個背板插槽116。在部分的實施例中，中板110還包含工作電源連接器(Connector)118以及風扇連接器119。

管理網路插槽111與工作網路插槽112提供網路控制板120 連接，使網路控制板120可以插設於中板110上。分別負責將來自訊號線路114的管理網路訊號與工作網路訊號傳送到網路控制板120，也負責將來自網路控制板120的管理網路訊號與工作網路訊號送上訊號線路114，使管理網路訊號與工作網路訊號被傳送到背板插槽116。

每一個背板插槽116都可以提供一個不同的節點背板130連接，背板插槽116包含多組工作網路通道接腳(pin)和一組管理網路通道接腳(圖中未示)，每一組工作網路通道接腳與管理網路通道接腳包含一根或多根接腳，本發明沒有特別的限制。

訊號線路114分別將各個工作網路通道接腳與工作網路插槽112連接以產生分別與各個工作網路通道接腳對應的多條工作網路通道，訊號線路114也將管理網路通道接腳與管理網路插槽111連接以產生一條管理網路通道。其中，各個工作網路通道與管理網路通道都是相互隔離的。

工作電源連接器118提供電源模組180連接，使電源模組180可以將電源訊號透過中板110傳送給節點背板130，並由節點背板130傳送到伺服器節點140。工作電源連接器118也與風扇連接器119連接，使得電源模組180可以提供電源訊號給風扇模組190。

網路控制板120插設於中板110之一側，負責提供高密度伺服器100與高密度伺服器100外部的其他網路裝置交換資料。

如「第1C圖」所示，網路控制板120包含管理網路插頭121、工作網路插頭122、對外網路介面125、以及網路處理單元126，在部分的實施例中，網路控制板120還可以包含控制單元129。

管理網路插頭121與工作網路插頭122分別插接於中板110的管理網路插槽111與工作網路插槽112，使得網路控制板120插設於中板110上。

對外網路介面125與高密度伺服器100外部的網路裝置連接，負責將通過管理網路插頭121與工作網路插頭122的管理網路訊號與工作網路訊號傳送到高密度伺服器100外部的網路裝置，也負責接收高密度伺服器100外部的網路裝置所傳送的管理網路訊號與工作網路訊號。其 中，高密度伺服器100外部的網路裝置例如管理主機300，但本發明並不以此為限。

網路處理單元126負責在對外網路介面125接收到來自外部之網路裝置的工作網路訊號及/或管理網路訊號後，分別將對外網路介面125所接收到的管理網路訊號透過管理網路插頭121傳送給中板110的管理網路插槽111，藉以將管理網路訊號輸出到管理網路通道，以及將對外網路介面125所接收到的工作網路訊號透過工作網路插頭122傳送給中板110的工作網路插槽112，藉以將工作網路訊號輸出到工作網路通道。

網路處理單元126也負責透過管理網路插頭121與工作網路插頭122接收來自管理網路通道的管理網路訊號與來自工作網路通道的工作網路訊號，並透過對外網路介面125輸出管理網路訊號與工作網路訊號。

另外，網路處理單元126更可以將管理網路通道的管理網路訊號與來自工作網路通道的工作網路訊號合成為一個網路訊號，並透過對外網路介面125輸出合成產生的網路訊號。

在部分的實施例中，對外網路介面125可以包含一個對外管理網路介面和多個對外工作網路介面，網路處理單元126可以包括管理網路處理單元和工作網路處理單元。

管理網路處理單元與對外管理網路介面以及管理網路插頭121連接，使對外管理網路介面耦接至管理網路插頭121。管理網路處理單元負責透過管理網路插頭121接收來自管理網路通道的管理網路訊號，並透過對外管理網路介面輸出管理網路訊號。

管理網路處理單元可以透過管理網路通道(網路控制板120上的管理網路插頭121、中板110上的管理網路插槽111與背板插槽116、以及節點背板130上的分線單元135與節點插槽133)取得各伺服器節點140的媒體存取控制位址(Media Access Control Address,MAC address)，並執行位址自動分配程式，藉以依據所取得之媒體存取控制位址分配網路位址(IP address)給相對應的伺服器節點140。

在部分的實施例中，管理網路處理單元更可以將分配好的網路地址透過對外網路介面125中的對外管理網路介面傳送給管理主機300， 並接收管理主機300依據接收到之網路地址所發送的管理指令。管理網路處理單元在接收到管理主機300所發送的管理指令後，可以透過管理網路通道，將管理指令傳送到使用管理指令中所包含的網路地址的伺服器節點140，以控制該伺服器節點140的運作。

工作網路處理單元與對外工作網路介面以及工作網路插頭122連接，使對外工作網路介面耦接至工作網路插頭122。工作網路處理單元負責透過工作網路插頭122接收來自各個工作網路通道的工作網路訊號，並透過對外工作網路介面輸出工作網路訊號，其中，工作網路插頭122與工作網路處理單元之間是以多條互相隔離的線路連接，每一條線路隊應一個工作網路通道，負責傳送相對應之工作網路通道上的工作網路訊號。

控制單元129可以控制電源模組180及/或風扇模組190的運作。一般而言，控制單元129可以透過管理網路插頭121接收來自管理網路通道之某個伺服器節點140的節點工作資訊，也可以透過對外網路介面125接收高密度伺服器100外部之網路裝置所傳送的網路指令，並依據所接收到的節點工作資訊及/或網路指令控制控制電源模組180及/或風扇模組190，但本發明並不以此為限。

節點背板130插接到中板110的一個背板插槽116中。在一個高密度伺服器100中，可以插設多個節點背板130。

節點背板130負責提供伺服器節點140連接，並在中板110與伺服器節點140之間傳遞訊號。在部分的實施例中，節點背板130也負責將電源模組180透過中板110所傳送的電源訊號傳送給伺服器節點140。

如「第1D圖」所示，每一個節點背板130包含背板接腳131、多個節點插槽133、以及分線單元135。

背板接腳131為節點背板130插設到中板110之背板插槽116中的部分，通常為金手指，但本發明並不以此為限。

每一個節點插槽133提供一個不同的伺服器節點140連接。每一個節點插槽133透過中板110的背板插槽116單獨耦接其中一條工作網路通道，並透過分線單元135與背板插槽116耦接管理網路通道。也就是說，如「第1E圖」所示，一個節點插槽133的一側與一個伺服器節點140 連接，該節點插槽133的另一側與背板接腳131中的其中一組接腳連接，背板接腳131中與該節點插槽133連接的該組接腳與背板插槽116中連接某個工作網路通道的一組接腳連接，同時，所有的節點插槽133都與分線單元135連接，分線單元135與背板接腳131中的另外一組接腳連接，背板接腳131中與該分線單元135連接的該組接腳與背板插槽116中連接管理網路通道的一組接腳連接。

在部分的實施例中，節點插槽133為PCI-E插槽，每一個PCI-E插槽包含兩組相互獨立的接腳。其中一組接腳透過中板110的背板插槽116連接工作網路通道，另一組接腳透過背板插槽116連接管理網路通道。

分線單元135可以判斷與所接收到之管理網路訊號對應的伺服器節點140，並將管理網路訊號傳送給與相對應之伺服器節點140連接的節點插槽133，使得該伺服器節點140可以取得管理網路訊號。

此外，當插設於一個節點背板130上的所有伺服器節點140由機箱101的一側拔下後，該節點背板130可從機箱101的另一側抽出。

伺服器節點140插設到一個節點背板130的一個節點插槽133上，負責接收來自相連接之節點插槽133的工作網路訊號與管理網路訊號，並負責透過相連接之節點插槽133將所產生的工作網路訊號與管理網路訊號。

如「第1F圖」所示，每一個伺服器節點140包含節點接腳141、資料處理單元145以及、基板管理控制器(Baseboard Management Controller,BMC)146。

節點接腳141為伺服器節點140插設到節點背板130之節點插槽133中的部分，通常為金手指，但本發明並不以此為限。

資料處理單元145透過與節點接腳141相連接之節點背板130的節點插槽133接收工作網路訊號並進行對應的處理，以及在進行特定處理後，透過與節點接腳141相連接之節點插槽133傳送工作網路訊號。

基板管理控制器146透過與節點接腳141相連接之節點背板130的節點插槽133接收管理網路訊號並進行對應的處理，以及在進行特定 處理後，透過與節點接腳141相連接之節點插槽133傳送管理網路訊號。例如，提供網路控制板120的網路處理單元伺服器節點140的媒體存取控制位址等，但本發明並不以此為限。

電源模組180，透過中板110之工作電源連接器118與中板110連接，位於中板110的一側，負責透過中板110與節點背板130供電給伺服器節點140。

風扇模組190，透過中板110之風扇連接器119與中板110連接，位於中板110的一側，負責在透過風扇連接器119獲得電源模組180所提供的工作電源後，為伺服器節點140散熱。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於具有在高密度伺服器之節點背板和中板上為每個伺服器節點建立了互相之間不會影響的獨立工作網路訊號通道，藉以保證了每個節點的網路都具有足夠的頻寬，而對於傳輸資料量相對較小的管理網路訊號，則將線路合併，藉以達成保障伺服器整體的網絡傳輸速度，並減小了傳輸線路所佔的空間之技術手段，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在無法確保高密度伺服器中之伺服器節點的傳輸頻寬與可靠度的問題，進而達成保障伺服器整體的網絡傳輸速度，並減小了傳輸線路所佔的空間的技術功效。

再者，本發明之管理高密度伺服器之方法，可實現於硬體、軟體或硬體與軟體之組合中，亦可在電腦系統中以集中方式實現或以不同元件散佈於若干互連之電腦系統的分散方式實現。

雖然本發明所揭露之實施方式如上，惟所述之內容並非用以直接限定本發明之專利保護範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之精神和範圍的前提下，對本發明之實施的形式上及細節上作些許之更動潤飾，均屬於本發明之專利保護範圍。本發明之專利保護範圍，仍須以所附之申請專利範圍所界定者為準。

111‧‧‧管理網路插槽

112‧‧‧工作網路插槽

116‧‧‧背板插槽

131‧‧‧背板接腳

133‧‧‧節點插槽

135‧‧‧分線單元

140‧‧‧伺服器節點

Claims (9)

1. 一種高密度伺服器系統，該系統至少包含：一機箱；一中板，固定於該機箱內，具有多個背板插槽(slot)和一管理網路插槽與一工作網路插槽及一訊號線路，每一該背板插槽包含多組工作網路通道接腳和一組管理網路通道接腳，該訊號線路將各該工作網路通道接腳與該工作網路插槽連接以產生各工作網路通道，並將該管理網路通道接腳與該管理網路插槽連接以產生一管理網路通道；一網路控制板，至少具有一對外網路介面、一網路處理單元、一管理網路插頭以及一工作網路插頭，該管理網路插頭與該工作網路插頭分別插接於該管理網路插槽與工作網路插槽，該網路處理單元自該對外網路介面接收工作網路訊號與管理網路訊號後，分別經由該些工作網路插頭與管理網路插頭輸出工作網路訊號與管理網路訊號至該些工作網路通道與管理網路通道；該網路處理單元更透過該些工作網路插頭與管理網路插頭接收來自該些工作網路通道與管理網路通道的工作網路訊號與管理網路訊號，並合成網路訊號後從該對外網路介面輸出；多個節點背板，每一該節點背板插接到一該背板插槽，每一該節點背板包含多個節點插槽及一分線單元，每一該節點插槽單獨藕接該背板插槽內的該些工作網路通道其中之一，該背板插槽內的該管理網路通道則通過該分線單元耦接各該節點插槽；及至少一伺服器節點(node)，每一該伺服器節點插設於一該節點插槽上，每一該伺服器節點包含一資料處理單元和一基板管理控制器，該資料處理單元透過節點插槽收發該工作網路通道內的工作網路訊 號，該基板管理控制器透過節點插槽收發該管理網路通道內的管理網路訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高密度伺服器系統，其中插設於一該節點背板上之所有伺服器節點由該機箱之一側自該節點背板拔下後，該節點背板可由該機箱之另一側抽出。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高密度伺服器系統，其中各該節點插槽為PCI-E插槽，每一該PCI-E插槽所包含之兩組相互獨立的接腳(pin)分別連接該工作網路通道和該管理網路通道，該資料處理單元透過與該工作網路通道連接之一組接腳收發工作網路訊號，該基板管理控制器透過與該管理網路通道連接之另一組接腳收發管理網路訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高密度伺服器系統，其中該對外網路介面更包括一個對外管理網路介面和多個對外工作網路介面，該網路處理單元更包括管理網路處理單元和工作網路處理單元，該對外管理網路介面透過該管理網路處理單元耦接至該管理網路插頭，該些對外工作網路介面透過該工作網路處理單元耦接至該工作網路插頭，且各該對外工作網路介面連接該工作網路處理單元的線路之間互相隔離。
5. 如申請專利範圍第4項所述之高密度伺服器系統，其中該高密度伺服器更包含一電源模組，位於該中板一側，用以透過該中板及各該節點背板供電給各該伺服器節點。
6. 如申請專利範圍第5項所述之高密度伺服器系統，其中該網路控制板更包含一控制單元，該控制單元耦接至該管理網路處理單元，可依據自管理網路通道傳輸來的各伺服器節點之基板管理控制器採集的節點工作資訊或自該對外管理網路介面接受一網路指令而控制該電源模組的運作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之高密度伺服器系統，其中該高密度伺服器更包含一風扇模組，位於該中板一側，用以給各該伺服器節點散熱，該控制單元更可依據自管理網路通道傳輸來的各伺服器節點之基板管理控制器採集的節點工作資訊或自該對外管理網路介面接受一網路指令而控制該風扇模組的運作。
8. 如申請專利範圍第4項所述之高密度伺服器系統，其中該管理網路處理單元透過各該伺服器節點之基板管理控制器取得各該伺服器節點的媒體存取控制位址(Media Access Control Address,MAC address)，並執行一位址自動分配程式，藉以依據各該媒體存取控制位址給各該伺服器節點分配一網路(IP)地址，並將分配好的網路地址透過該對外管理網路介面傳輸至一管理主機。
9. 如申請專利範圍第8項所述之高密度伺服器系統，其中該管理主機發送一管理指令，該管理指令包含一該網路地址，該管理網路處理單元依據該網路地址透過對應的管理網路通道發送該管理指令至該對應伺服器節點，以控制對應伺服器節點之運作。