TWI569152B - 透過通訊媒介之部分進行通訊之技術 - Google Patents

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TWI569152B
TWI569152B TW104131432A TW104131432A TWI569152B TW I569152 B TWI569152 B TW I569152B TW 104131432 A TW104131432 A TW 104131432A TW 104131432 A TW104131432 A TW 104131432A TW I569152 B TWI569152 B TW I569152B
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Description

透過通訊媒介之部分進行通訊之技術
本發明大體上係有關於透過通訊媒介之部分進行通訊之技術。
諸如一電腦或其他類型電子裝置的一種系統，可以包括可供一電子卡連接上去的一埠。能可移除地連接至該系統之該埠的一電子卡可稱為一周邊卡、一擴充卡等等。該電子卡可包括某種提供功能性的組件，而一旦該電子卡連接至該系統之該埠，該系統可取用該功能性。
依據本發明之一可行實施例，特地提出了一種電子卡，包含：一支撐基板；在該支撐基板上之多個儲存裝置；在該支撐基板上之多個控制器，用以管理對應的該等多個儲存裝置之存取，其中該等多個控制器及該等多個儲存裝置係配置成根據一獨立碟片冗餘陣列(RAID)模式來儲存資料；以及一連接器，其供連接至記憶卡與一請求者裝置間之一通訊媒介，其中該等多個控制器係透過該通訊媒介的多個部分獨立地進行通訊。
100‧‧‧卡、電子卡、儲存卡
102-1、102-2、102-3、102-4‧‧‧ 組
104-1、104-2‧‧‧儲存控制器
106-1、106-2‧‧‧儲存裝置
108‧‧‧支撐基板
110‧‧‧支撐表面
112‧‧‧連接器
114‧‧‧通訊媒介、PCIe x4鏈路
114-1、114-2‧‧‧部分、通訊媒介部分
200‧‧‧主機系統
200-1、200-2、...、200-N‧‧‧埠
402、404‧‧‧PCIe x2鏈路
502、504、506、508‧‧‧PCIe x1鏈路
602‧‧‧切換器
702‧‧‧介面電路
704‧‧‧處理器
706‧‧‧儲存媒體
708‧‧‧埠組態設定指令
710‧‧‧使用者介面
712‧‧‧顯示裝置
714‧‧‧儲存存取指令
802、804‧‧‧步驟
一些實施態樣會針對下列圖式來描述。
圖1是根據某些實施態樣之一示例電子卡的方塊圖。
圖2是依據某些實施態樣之包括一主機系統及一電子卡之示例配置的方塊圖。
圖3-5是依據某些實施態樣之示意圖，用以例示將一通訊媒介劃分成多個部分以允許與一儲存卡的多個儲存控制器進行獨立通訊。
圖6是根據替代實施態樣之一示例儲存卡的示意圖。
圖7是根據某些實施態樣之一示例主機系統的示意圖。
圖8是根據某些實施態樣之一方法的流程圖。
一系統(例如一電腦、一儲存伺服器、一通訊伺服器等等)，可以包括可供電子卡(也稱為周邊卡、擴充卡等等)能可移除地連接上去的埠。不同類型的電子卡可以連接到該系統的不同埠。在某些範例裡，相同類型的多個電子卡可以連接到該系統之多個埠。舉例而言，多個儲存卡可以連接到該系統的多個個別埠。一儲存卡可包括一儲存裝置(或多個儲存裝置)以及一相關聯儲存控制器，此控制器管理該(等)儲存裝置上之資料的存取。
連接多個儲存卡到該系統個別埠，即允許使用一獨立碟片冗餘陣列(RAID)模式把資料跨越該等多個儲存卡 予以儲存。作為示例，一RAID 0模式跨越該等多個儲存卡將資料加以切分，而切分資料可以是指將連續的資料分段成多個片段，該等多個片段可被儲存於不同儲存卡中。該等多個片段可從該等多個儲存卡並行地被存取，以增進資料存取的流通量。
作為另一示例，一RAID 1模式致使儲存在一第一儲存卡上的一資料之鏡像副本亦被儲存在一第二儲存卡上。該資料之鏡像副本係資料之一冗餘副本，在儲存於該第一儲存卡上的原始資料不再可存取時，諸如由於該第一儲存卡失效或故障、或是由於該原始資料損毀，該資料之該冗餘副本即可供存取。
在某些情況下將多個儲存卡連接至多個個別埠可能沒有效率。每一儲存卡皆帶有一成本，並因此將多個儲存卡連接至一系統增加了與操作該系統相關聯的總體成本。而且，將多個儲存卡連接至多個埠以提供一特定應用(諸如根據一種RAID模式來儲存資料)，也許意味著該系統可供連接至其他電子卡的埠之數目減少。
依據某些實施態樣，如圖1中顯示，提供一電子卡(更明確地說，一儲存卡)100，該電子卡包括多組102-1、102-2的儲存控制器104-1、104-2以及相關聯之儲存裝置106-1、106-2。該等儲存控制器104-1、104-2可為實體上分離的控制器，或替換地，該等儲存控制器可為屬於同一實體裝置或套組的部分之邏輯上分離的控制器。例如，該等邏輯上分離的控制器可為在同一實體裝置或套組上運作之 分離的虛擬控制器。
該等儲存裝置106-1、106-2可包括固態儲存裝置(例如快閃記憶體裝置、動態隨機存取記憶體裝置、靜態隨機存取記憶體裝置等)。替換地，該等儲存裝置106-1、106-2可為基於碟片的儲存裝置。
雖然圖1顯示每個儲存控制器104-1或104-2分別連接至一個個別儲存裝置106-1或106-2，應知，一儲存控制器亦可連接至多個儲存裝置以管理該等多個儲存裝置上資料的存取。
儲存控制器能夠接收一請求(例如讀取請求、寫入請求等)以存取該儲存控制器所連接之一(或多個)個別儲存裝置中之資料。響應於該請求，該儲存控制器藉由存取(例如讀取、寫入等)該(等)儲存裝置的資料來執行所請求的作業(例如讀取作業、寫入作業等)。對於一讀取作業，該儲存控制器可回傳自該(等)儲存裝置讀取之資料至請求者。對於一寫入作業，該儲存控制器可將資料寫進該(等)儲存裝置內，且在某些情況中，可提供一成功寫入確認給請求者。
該儲存卡100包括具有一支撐表面110的一支撐基板108，該支撐表面上可供安裝該等儲存控制器104-1、104-2以及儲存裝置106-1和106-2。在某些範例中，電子組件(包括儲存控制器及/或儲存裝置)亦可安裝在該支撐基板108的一底部支撐表面(該支撐表面110的對面)上。
在某些示例中，該支撐基板108可為可供該等儲存控制器104-1、104-2以及該等儲存裝置106-1和106-2連接 上去的電路板或其他種類基板。該支撐基板108包括用於連接該支撐基板108上各種組件之輸入/輸出(I/O)元件(例如電氣接腳、光學套接管等)的通訊通道(例如導電跡線、光徑等)，該支撐基板108上各種組件包括該等儲存控制器104-1、104-2、該等儲存裝置106-1和106-2、一連接器112以及其他組件。雖然圖1中僅顯示有一個連接器112，但應知在其他示例中，該卡100可具有多個連接器。
在隨後的討論中，會提及在多個組件間的電氣連接或電氣通訊。然而應知，根據某些實現態樣之技術或機構亦可應用於其他形式的連接或通訊，包括光學連接及通訊。
該連接器112係電氣連接(透過支撐基板108之導電跡線)至該等儲存控制器104-1及104-2。該連接器112包括一些訊號接腳，該等訊號接腳透過一通訊媒介114把個別訊號(資料訊號、位址訊號、控制訊號等)與一遠端系統(在隨後的討論中可被稱為“主機系統”)進行傳遞。更一般地來說，該主機系統可以被稱為“請求者裝置”，其為一種能夠存取該儲存卡100上之資料的裝置。
該連接器112亦可包括電源接腳，其包括遞送電源供應電壓給該儲存卡100的接腳、接地及/或參考接腳。主機系統可以指能夠取用在連接至該主機系統的埠之一或多個電子卡上所提供組件之功能性的系統。
該連接器112可直接連接至該主機系統的一埠之一個別埠連接器，在此情況下該通訊媒介114是由該連接器 112之訊號接腳以及該埠連接器所組成。替換地，該連接器112可以透過一纜線連接至該主機系統的該埠連接器，在此情況下該通訊媒介114是由該連接器112之訊號接腳、該埠連接器以及該纜線所組成。
該通訊媒介114可劃分成多個不同的部分114-1及114-2，以允許該儲存卡100中之該等多個儲存控制器104-1及104-2獨立地透過該通訊媒介114的該等個別部分114-1及114-2進行通訊。藉由允許該等多個儲存控制器104-1及104-2獨立地透過該通訊媒介114的該等個別部分進行通訊，一單一儲存卡(100)可被用來根據一RAID模式實行資料的儲存。在某些實行態樣中，該等儲存控制器104-1及104-2能夠透過該等通訊媒介部分114-1及114-2同時地進行通訊。
雖然圖1中只有顯示兩組102-1及102-2的儲存控制器及儲存裝置，但應知在其他示例中，兩組以上的儲存控制器及儲存裝置亦可包括在儲存卡100中。如果有多於兩組以上的儲存控制器及儲存裝置，則該通訊媒介114可被劃分成多於兩個部分，以與該等多於兩組之個別儲存控制器進行通訊。
應知，該通訊媒介114之該等多個部分114-1、114-2可為實體上分立的部分，其中一第一通訊媒介部分之至少某些通訊通道係與一第二通訊媒介部分之至少某些通訊通道實體上分立；在其他實行態樣中，該等通訊媒介部分114-1、114-2則可為邏輯上分立部分，其中該等通訊媒介 部分共享相同的通訊通道，但有一切換器或其他介面可用來允許該等儲存控制器104-1、104-2透過該等邏輯上分立的通訊媒介部分114-1、114-2進行獨立的通訊。
在某些實行態樣中，該儲存卡100符合M.2標準，此規格標準在以前習稱為下一世代形狀因子(NGFF)標準。此種M.2標準定義了電子卡的形狀因子。一電子卡的形狀因子可以指該電子卡的尺寸及其他性質，諸如安裝結構的位置(例如安裝孔、安裝凹槽、安裝接腳等)、以及其他性質。此外，M.2標準亦定義了要配合電子卡使用的連接器，包括連接器的位置、連接器上接腳的數目，以及用於該連接器上的實際訊號及電源接腳。
根據M.2標準，連接至該連接器112之該通訊媒介(例如114)根據快速週邊組件互連(PCIe)協定來操作。因此，圖1中之該通訊媒介114可為一PCIe匯流排。PCIe定義了一種高速串列電腦擴展匯流排標準。在此類示例中，該連接器112係一PCIe連接器。
在其他示例中，該通訊媒介114可根據其他協定來操作。
如上所述，提供該等多組102-1及102-2的儲存控制器及儲存裝置，允許資料根據一RAID模式而被儲存在該等儲存裝置106-1及106-2中。該儲存卡100可根據數個不同的RAID模式組配。RAID模式的例子包括如同上述的RAID 0及RAID 1，以及其他RAID模式。
該RAID 0模式採用把資料跨越該等多個儲存裝 置106-1、106-2予以切分的作法。資料的切分可以指將相連的資料分段為可跨越不同儲存裝置106-1及106-2儲存之多個片段。這些多個片段可通過個別儲存控制器104-1與104-2以及通訊媒介部分114-1與114-2被並行地存取，以增進該儲存卡100上的資料存取方面的資料通透量。
RAID 1模式涉及產生儲存於該等儲存裝置之一(例如儲存裝置106-1)上的資料之一鏡像副本，該資料之鏡像副本可儲存於另一儲存裝置(例如106-2)上。
RAID 10模式係RAID 0與RAID 1模式的一種組合。RAID 10模式對該等儲存裝置106-1及106-2上的資料執行切分及鏡像處理。
在進一步的示例中，諸如RAID 5及RAID 6的其他RAID模式亦可被實行。RAID 5模式基於資料產生同位資訊。該同位資訊可用來執行錯誤檢測及校正。該資料及同位資訊會受到跨越多個儲存裝置的區塊層級切分。為了要實行RAID 5，三組或更多組的儲存控制器及儲存裝置會提供於該儲存卡100中。
RAID 6模式產生雙倍同位資訊，該雙同位資訊提供高達兩個故障儲存裝置的容錯能力。區塊層級切分會在資料及雙倍同位資訊上執行。該RAID 6模式可用四或更多組儲存控制器及儲存裝置來實行。
更一般地來說，儲存卡100可組配來以數個RAID模式之一作業，包括那些採用資料的切分以增進資料通透量的RAID模式，以及那些採用冗餘資訊(諸如RAID 1的鏡 像副本或RAID 5或6之同位資訊)的RAID模式。
圖2係顯示包括儲存卡100及主機系統200的一示例配置之示意圖。主機系統200包括數個埠200-1、200-2、...、200-N。在圖2的示例中，儲存卡100係連接至埠200-1中之一埠連接器。
在某些示例中，如圖3所顯示，在主機系統200及儲存卡100間的通訊媒介114係一PCIe x4鏈路；換言之，該通訊媒介114包括四條根據如上所論之一些實行態樣分割的PCIe線道。一條PCIe線道包括兩個線對，其以一第一線對來發送資料及以一第二線對來接收資料。在其他示例中，可以採用其他通訊線道配置。更一般地說，PCIe鏈路114可包括可以分割為多個部分的多條線道。
圖4顯示PCIe x4鏈路被分割為兩個部分的示例：一第一PCIe x2鏈路402，以及一第二PCIe x2鏈路404。該第一PCIe x2鏈路402(其包括兩條PCIe線道)係連接至儲存卡100中之該第一組102-1的儲存控制器及儲存裝置，而該第二PCIe x2鏈路404(其包括兩條PCIe線道)則連接至第二組102-2的儲存控制器及儲存裝置。
圖5顯示另一示例配置，其中儲存卡100包括四組102-1、102-2、102-3及102-4的儲存控制器及儲存裝置。在此配置中，PCIe x4鏈路114係分割成四個PCIe x1鏈路502、504、506及508，其分別連接至該等組102-1、102-2、102-3及102-4的儲存控制器。
圖4之配置可支援RAID 0或是RAID 1模式。圖5 之配置可支援RAID 0、RAID 1、RAID 10、RAID 5或RAID 6模式，或是前述模式的某些組合。
在先前的討論中，提及了儲存卡100係一M.2卡的實行態樣。在其他實行態樣中，儲存卡100可符合PCIe標準，在此案例中儲存卡100係一PCIe卡。PCIe卡符合由PCIe標準所提供之形狀因子及其他規格。一PCIe卡可包括下述之一者：一M.2卡、一卡機電(Card Electromechanical,CEM)卡(根據PCIe卡機電規格)、根據串列先進技術附接(SATA)快速標準的一2.5吋(或其他形狀因子)SATA快速卡、以及根據小形狀因子(SFF)8639形狀因子規格的一2.5吋(或其他形狀因子)SFF-8639卡。
在儲存卡100為一M.2卡的實行態樣中，一切換器602亦可設置於該儲存卡100上，如圖6所示。在其他示例中，切換器602可用於另一形狀因子的電子卡中。切換器602係設置於連接器112與多組102-1、102-2的儲存控制器及儲存裝置之間。在某些示例中，每組102-1或102-2可為一裝置(例如一2.5吋形狀因子裝置)的形式，且該切換器602可將通訊媒介114(成一纜線或某些類型的媒介之形式)互連至該等裝置。其他配置可在其他示例中使用。
切換器602可為一PCIe切換器，其能夠選擇性地連接該等組102-1及102-2中之一者的儲存控制器至通訊媒介114(例如一PCIe x4鏈路)。使用該切換器602，該通訊媒介114之全頻寬可對每個儲存控制器104-1或104-2提供。換言之，該通訊媒介114不一定要被實體地分離成如根據圖4 及圖5之實體上分立部分。反之，每個儲存控制器104-1或104-2係能夠藉由通過切換器602進行通訊，而使用該通訊媒介114之全頻寬(例如該PCIe x4鏈路之全頻寬)進行通訊。
有效地，切換器602將通訊媒介114劃分成之邏輯上分立之通訊媒介部分，允許儲存控制器104-1及104-2獨立地透過個別的邏輯上分立之通訊媒介部分進行通訊。在某些示例中，耦接至切換器602一側之通訊媒介114之全頻寬不一定要等於耦接至該切換器602的另一側之鏈路的聚合頻寬。
應知，在通訊媒介114被劃分成幾個實體上分立部分的實行態樣中，每個通訊媒介部分都具有比該通訊媒介114之全頻寬為小或與之相等的一頻寬。
雖然前述示例採用了PCIe x4鏈路，應知在其他示例中，也可以採用其他寬度的鏈路，如x8、x16等等。
圖7是根據某些實行態樣的示例主機系統200之方塊圖。主機系統200包括埠202-1(以及其他埠)，其中該埠202-1係連接至儲存卡100。一介面電路702係針對該埠202-1提供。在該主機系統200之部件與該埠202-1之間之通訊係通過該介面電路702而發生，該介面電路702可包括緩衝器、放大器等等。
主機系統200亦包括一或多個處理器704，其可耦接至一(或多個)非暫態電腦可讀或機器可讀儲存媒體706。該處理器可包括一微處理器、微控制器、實體處理器模組或子系統、可規劃積體電路、可規劃閘陣列、或其他實體 控制或運算裝置。
該(等)儲存媒體706可儲存埠組態設定指令708，其可藉處理器704執行。在某些示例中，該等埠組態設定指令708可在該主機系統200之一啟動序列期間(在該主機系統200初始啟動時)執行。該等埠組態設定指令708可在一顯示裝置712上呈現一使用者介面710給一使用者，使用者能夠選擇埠202-1之組態。舉例來說，使用者可指定該埠202-1是要組配成使得在儲存卡100與該埠202-1之間的通訊媒介114諸如根據圖4或圖5分隔成多個部分。例如由使用者指定之該組態可用來組配該介面電路702。
該(等)儲存媒體706亦可儲存可在處理器704上執行之儲存存取指令714。該等儲存存取指令714可存取儲存卡100上的資料。在某些示例中，該等儲存存取指令714能夠根據一RAID模式來管理儲存卡100中的儲存資料。舉例來說，主機系統200可為一儲存伺服器，其中可執行該等儲存存取指令714。
圖8係根據某些實行態樣之方法的流程圖，其可由主機系統200執行。該方法執行組配作業以將一通訊媒介(例如通訊媒介114)分隔(於步驟802)成用於與一電子卡(例如100)的一支撐基板(例如108)上之儲存控制器(例如104-1及104-2)獨立通訊的多個部份。該組配作業可使用圖7之埠組態設定指令708執行。
該方法根據一RAID模式存取(於步驟804)連接至該電子卡中之該等個別儲存控制器的儲存裝置(例如 106-1、106-2)之資料。該資料的存取可藉由圖7之儲存存取指令714執行。
圖7之該(等)儲存媒體706可用一或多個不同形式的記憶體實行，該記憶體包括：諸如動態或靜態隨機存取記憶體(DRAM或SRAM)、可抹除及可規劃唯讀記憶體(EPROM)、電氣可抹除及可規劃唯讀記憶體(EEPROM)以及快閃記憶體的半導體記憶體裝置；諸如固定、軟式及可移除碟片的磁碟；包括磁帶之其他磁性媒體；諸如光碟(CD)或數位視訊碟片(DVD)的光學媒體；或是其他種類的儲存裝置。應知上列論述之指令可提供於一電腦可讀或機器可讀儲存媒體上，或替換地，可提供在分佈於可能具有多個節點的一大型系統中之多個電腦可讀或機器可讀儲存媒體上。此類電腦可讀或機器可讀儲存媒體係視為一種物件(或製造物件)的一部份。一物件或製造物件可以指任何經製造的單一組件或多個組件。該(等)儲存媒體可位於運行機器可讀指令的機器中，或是位於可讓機器可讀指令透過一網路下載來執行的一遠端地點處。
在前述討論中，闡述了眾多細節以提供對本文揭露的主題之瞭解。然而，諸多實行態樣亦可在沒有某些這些細節之狀況下實施。其他實行態樣可包括上文論述的細節作出之修改及變更。後附申請專利範圍意欲包括此等修改及變更。
100‧‧‧卡、電子卡、儲存卡
102-1、102-2‧‧‧組
104-1、104-2‧‧‧儲存控制器
106-1、106-2‧‧‧儲存裝置
108‧‧‧支撐基板
110‧‧‧支撐表面
112‧‧‧連接器
114‧‧‧通訊媒介
114-1、114-2‧‧‧部分、通訊媒介部分

Claims (15)

  1. 一種電子卡，包含：一支撐基板；在該支撐基板上之多個儲存裝置；在該支撐基板上之多個控制器，用以管理對應的該等多個儲存裝置之存取，其中該等多個控制器及該等多個儲存裝置係配置成根據一獨立碟片冗餘陣列(RAID)模式來儲存資料；以及一連接器，其供連接至一記憶卡與一請求者裝置間之一通訊媒介，其中該等多個控制器係用以透過該通訊媒介的多個部分獨立地進行通訊。
  2. 如請求項1之電子卡，其中該通訊媒介包括多條快速週邊組件互連(PCIe)線道，且該連接器係一PCIe連接器。
  3. 如請求項1之電子卡，其中該通訊媒介的該等多個部分係多個實體上分立部分，該等實體上分立部分各具有比該通訊媒介之一全頻寬為小的一頻寬，且其中該等多個控制器係透過該通訊媒介之該等實體上分立部分同時地進行通訊。
  4. 如請求項3之電子卡，其中該電子卡係一種M.2電子卡。
  5. 如請求項3之電子卡，其中該電子卡係一快速週邊組件互連(PCIe)電子卡。
  6. 如請求項1之電子卡，其中該電子卡包含一切換器，用以將該等多個控制器連接至該通訊媒介之個別的多個 邏輯上分立部分，其中該等多個邏輯上分立部分各具有該通訊媒介之一全頻寬。
  7. 如請求項1之電子卡，其中該RAID模式跨越該等多個儲存裝置而將資料切分。
  8. 如請求項1之電子卡，其中該RAID模式提供冗餘資料。
  9. 如請求項1之電子卡，其中該RAID模式提供冗餘資料及跨越該等多個儲存裝置而將資料切分。
  10. 如請求項1之電子卡，其中該等儲存裝置係固態儲存裝置。
  11. 一種包含至少一機器可讀儲存媒體之物件，該機器可讀儲存媒體儲存在執行時導致一系統進行下列步驟之指令：將一通訊媒介分隔為用來與一電子卡的一支撐基板上之多個儲存控制器獨立地進行通訊的多個部分；以及根據一獨立碟片冗餘陣列(RAID)模式存取連接至該電子卡的個別之該等儲存控制器的儲存裝置之資料。
  12. 如請求項11之物件，其中該分隔步驟包含將一快速週邊組件互連(PCIe)鏈路劃分成多個鏈路，以允許透過連至該電子卡的該等儲存控制器之個別的該等多個鏈路進行獨立通訊。
  13. 一種方法，其包含：藉由多個儲存控制器通過一連接器及透過一通訊媒介之多個個別部分與一請求者裝置進行通訊，該等儲 存控制器係在一電子卡之一支撐基板上，其中該等儲存裝置亦係該支撐基板上，其中該等儲存控制器透過該等個別部分獨立地進行通訊；根據一獨立碟片冗餘陣列(RAID)模式，藉由該等儲存控制器管理相對應的該等儲存裝置的存取。
  14. 如請求項13之方法，其中該電子卡係一種M.2卡，且該通訊媒介包括一快速週邊組件互連(PCIe)鏈路。
  15. 如請求項13之方法，其中該等儲存控制器透過該通訊媒介之該等個別部分同時地與該請求者裝置進行通訊。
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