TWI587675B - 微伺服器及其交換裝置 - Google Patents

Description

微伺服器及其交換裝置

本發明係關於一種微伺服器及其交換裝置，特別關於一種結合X86系統模組與計算板的微伺服器及其交換裝置。

現今習知的裝置與裝置之間的通訊規範主要是以TCP/IP為基礎。TCP/IP提供點對點的連結機制，將資料應該如何封裝、定址、傳輸、路由以及在目的地如何接收，都加以標準化。它將軟體通信過程抽象化為四個抽象層，採取協議堆疊的方式，分別實作出不同通信協定。協定套組下的各種協議，依其功能不同，被分別歸屬到這四個階層之中。

然而，TCP/IP的架構由於需要有四個階層，以及許多的規範，當伺服系統中的計算器要應用TCP/IP協議來進行通訊時，不僅銷耗許多通訊資源，且反應速度也往往不符需求。

此外，傳統伺服器之間的乙太網(Ethernet)互聯採用OSI的五層協定規範，在進行節點之間的點對點互聯時，協議的開銷大。並且乙太網最適合地理上分散的、具有長時延並且是動態網路配置的應用。而在微伺服器(Micro server)的集群應用中，一個機箱裡往往集成了上百個子系統，因此具有空間小、密度高的特點。如果全部採用基於乙太網的控制器進行處理器節點 間的相互聯結，支持大頻寬容量和介面數量的網路介面控制器(Network Interface Controller)成本較高。

因此，微伺服器中的各個處理器節點之間的相互聯結，長時間延遲的乙太網難以滿足良好的即時性能要求，並且當處理器節點之間的相互聯結超過1千兆(GBe)的速度時，大容量的交換機控制晶片的功耗大，不適於在高密度環境下的應用。

有鑑於上述之問題，本發明揭露的微伺服器，包括複數個計算板、至少一個交換裝置與一個基板。前述複數個計算板用於進行數據的運算處理，每一個計算板包括複數個系統晶片，每一個系統晶片內嵌一個串列高速輸入輸出模組，前述系統晶片之間通過串列高速輸入輸出模組所傳輸的串列高速輸入輸出數據進行相互之間的數據通訊。前述交換裝置電性連接前述計算板，用於計算板之間的數據通訊。前述計算板包括一個X86系統模組，電性連接該伺服器的一個外部網路，用於前述計算板的數據與外部網路間的高速數據傳輸。前述基板電性連接前述計算板，並電性連接至前述交換裝置，前述基板用於微伺服器的數據通訊以及微伺服器的供電。其中，前述計算板之間透過前述基板進行數據通訊，前述計算板透過前述交換裝置進行串列高速輸入輸出數據的通訊以及與外部網路的高速數據傳輸。

在一實施例中，前述X86系統模組更包括一個X86處理器、一個網路控制器與一個乙太網物理層芯片。前述X86處 理器用以進行數據處理，前述X86處理器內嵌一個乙太網控制器。前述網路控制器電性連接前述X86處理器以及至少一個第一網路連接器，用以將前述X86處理器傳輸的一個第一快捷外設互聯標準信號轉換為一個千兆網路訊號並透過前述第一網路連接器傳輸至前述外部網路。前述乙太網物理層芯片電性連接前述X86處理器以及至少一個第二網路連接器，用以透過前述第二網路連接器傳輸前述乙太網控制器的數據至前述外部網路。

在一實施例中，前述至少一個交換裝置更包括一個第一協議轉換單元與一個數據交換模組。前述第一協議轉換單元電性連接前述X86處理器，用以將前述X86處理器所傳輸的一個第二快捷外設互聯標準信號轉換為一個第一串列高速輸入輸出信號。前述數據交換模組電性連接前述第一協議轉換單元，用以對前述第一串列高速輸入輸出信號進行交換和分配，並提供一個第二串列高速輸入輸出信號。前述數據交換模組透過前述微伺服器的基板將前述第二串列高速輸入輸出信號傳輸至前述微伺服器的前述計算板，用以對前述計算板之間的數據進行交換處理以及將前述計算板的數據與前述外部網路進行傳輸。

本發明揭露的交換裝置，適用於一個微伺服器，包括一個X86系統模組、一個第一協議轉換單元與一個數據交換模組。前述X86系統模組電性連接一個外部網路，用以前述微伺服器內的數據與前述外部網路的數據傳輸、路由管理以及任務設定，前述X86系統模組包括一個X86處理器、一個網路控制器與 一個乙太網物理層芯片。前述X86處理器用以進行數據處理，前述X86處理器內嵌一個乙太網控制器。前述網路控制器電性連接前述X86處理器以及至少一個第一網路連接器，用以將前述X86處理器傳輸的一個第一快捷外設互聯標準信號轉換為一個千兆網路訊號並透過前述第一網路連接器傳輸至前述外部網路。前述乙太網物理層芯片電性連接前述X86處理器以及至少一個第二網路連接器，用以透過前述第二網路連接器傳輸前述乙太網控制器的數據至前述外部網路。前述第一協議轉換單元電性連接前述X86處理器，用以將前述X86處理器所傳輸的一個第二快捷外設互聯標準信號轉換為一個第一串列高速輸入輸出信號。前述數據交換模組電性連接前述第一協議轉換單元，用以對前述第一串列高速輸入輸出信號進行交換和分配，並提供一個第二串列高速輸入輸出信號。前述數據交換模組透過前述微伺服器的一個基板將前述第二串列高速輸入輸出信號傳輸至前述微伺服器的複數個計算板，用以對前述計算板之間的數據進行交換處理以及將前述計算板的數據與前述外部網路進行傳輸。

在一實施例中，前述數據交換模組為二級交換器，包括一個第一交換單元與複數個第二交換單元。前述第一交換單元電性連接前述第一協議轉換單元，用以將前述第一串列高速輸入輸出信號交換處理為一個第三串列高速輸入輸出信號。前述複數個第二交換單元電性連接前述第一交換單元以及分別電性連接至前述計算板，用以對前述第三串列高速輸入輸出信號進行數據 交換與分配為前述第二串列高速輸入輸出信號並傳輸至前述計算板。

藉由前述的交換模組架構、信號傳遞方法，微伺服器中的多個系統晶片無須藉由TCP/IP的複雜架構來傳遞信號。從而實現快速的信號傳遞，提升微伺服器的效能。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

1100‧‧‧計算板

1300‧‧‧交換裝置

1500‧‧‧基板

2100‧‧‧X86系統模組

2300‧‧‧第一協議轉換單元

2500‧‧‧數據交換模組

2700‧‧‧外部網路

2130‧‧‧X86處理器

2110‧‧‧乙太網物理層芯片

2111‧‧‧第二網路連接器

2150‧‧‧網路控制器

2151‧‧‧第一網路連接器

2131‧‧‧乙太網控制器

2510‧‧‧第一交換單元

2530‧‧‧第二交換單元

2900‧‧‧第二協議轉換單元

2550‧‧‧第三交換單元

1110‧‧‧第一運算單元

1130‧‧‧第二運算單元

1150‧‧‧第三運算單元

1170‧‧‧第四運算單元

1111‧‧‧串列高速輸入輸出模組

1101‧‧‧第一傳輸介面

1103‧‧‧第二傳輸介面

3100‧‧‧第一交換模組

3300‧‧‧第二交換模組

第1圖，係依據本發明一實施例所實現的微伺服器的示意圖。

第2圖，係依據本發明一實施例所實現的交換裝置的示意圖。

第3圖，係依據本發明一實施例所實現的X86系統模組的示意圖。

第4圖，係依據本發明一實施例所實現的數據交換模組的示意圖。

第5圖，係依據本發明另一實施例所實現的數據交換模組的示意圖。

第6圖，係依據本發明一實施例所實現的計算板的示意圖。

第7圖，係依據本發明一實施例所實現的計算板與交換模組的示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及 優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所發明之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照第1圖，第1圖係依據本發明一實施例所實現的微伺服器的示意圖。如第1圖所示，依據本發明一實施例所實現的微伺服器，包括複數個計算板1100、至少一個交換裝置1300與一個基板1500。前述計算板1100用於進行數據的運算處理。前述交換裝置1300電性連接前述計算板1100，用於計算板1100之間的數據通訊。基板電性1500連接前述計算板1100，並電性連接至前述交換裝置1300。基板1500用於微伺服器的數據通訊以及微伺服器的供電。其中，前述計算板1100之間透過基板1500進行數據通訊，計算板1100透過交換裝置1300進行串列高速輸入輸出數據的通訊以及與外部網路的高速數據傳輸。

在一實施例中，微伺服器可容納48組計算板1100。前述微伺服器可以透過48組計算板提供執行電子郵件、資料庫管理以及文字處理等功能。此外，由於微伺服器的計算板1100亦具有計算能力，因此亦可提供信號過濾、搜尋與格式轉換等需要大量運算的服務。

請參照第2圖，第2圖係依據本發明一實施例所實現的交換裝置的示意圖。如第2圖所示，交換裝置包括一個X86 系統模組2100、一個第一協議轉換單元2300與一個數據交換模組2500。X86系統模組2100電性連接一個外部網路2700，用以傳輸微伺服器內的數據與外部網路的數據、路由管理以及任務設定。第一協議轉換單元2300電性連接前述X86系統模組2100，用以將X86系統模組2100所傳輸的第二快捷外設互聯標準信號轉換為第一串列高速輸入輸出信號。數據交換模組2500電性連接第一協議轉換單元2300，用以對第一串列高速輸入輸出信號進行交換和分配，並提供一個第二串列高速輸入輸出信號。其中，數據交換模組2500透過微伺服器的基板將第二串列高速輸入輸出信號傳輸至微伺服器的複數個計算板，用以對前述計算板之間的數據進行交換處理以及將計算板的數據與外部網路進行傳輸。在一實施例中，交換裝置係兩個支援該通訊協定的中央分組交換器裝設在一個電路板上。

請參照第3圖，第3圖係依據本發明一實施例所實現的X86系統模組的示意圖。如第3圖所示，X86系統模組2100更包括一個X86處理器2130、一個網路控制器2150與一個乙太網物理層芯片2110。X86系統模組2100電性連接一個外部網路2700。X86處理器2130內嵌一個乙太網控制器2131，並且X86處理器2130用以進行數據處理。網路控制器2150電性連接X86處理器2130以及至少一個第一網路連接器2151，用以將X86處理器2130傳輸的一個第一快捷外設互聯標準信號轉換為一個千兆網路訊號並透過第一網路連接器2151傳輸至外部網路2700。 乙太網物理層芯片2110電性連接X86處理器2130以及至少一個第二網路連接器2111，用以透過第二網路連接器2111傳輸乙太網控制器2131的數據至外部網路2700。

此外，前述數據交換模組為二級交換器。請參照第4圖，第4圖係依據本發明一實施例所實現的數據交換模組的示意圖。如第4圖所示，前述數據交換模組包括一個第一交換單元2510與複數個第二交換單元2530。第一交換單元2510電性連接第一協議轉換單元2300，用以將第一串列高速輸入輸出信號交換處理為第三串列高速輸入輸出信號。前述複數個第二交換單元2530電性連接第一交換單元2510以及分別電性連接至計算板，用以對第三串列高速輸入輸出信號進行數據交換與分配為第二串列高速輸入輸出信號並傳輸至計算板。

請參照第5圖，第5圖係依據本發明另一實施例所實現的數據交換模組的示意圖。如第5圖所示，在另一實施例中，交換裝置更包括一個第二協議轉換單元2900與一個第三交換單元2550。第三交換單元2550電性連接第二協議轉換單元2900與前述第二交換單元2530，用以將第四串列高速輸入輸出信號交換處理為第五串列高速輸入輸出信號並傳輸至計算板。其中第一協議轉換單元2300與第二協議轉換單元2900互為冗餘，第一交換單元2510與第三交換單元2550互為冗餘。

有關於前述的計算板，每一個計算板包括複數個系統晶片，且每一個系統晶片內嵌一個串列高速輸入輸出模組，前 述系統晶片之間通過串列高速輸入輸出模組所傳輸的串列高速輸入輸出數據進行相互之間的數據通訊。且當計算板上的某一系統晶片失效時，計算板仍可透過其他未失效的系統晶片執行運算。舉例來說，請參照第6圖，第6圖係依據本發明一實施例所實現的計算板的示意圖。如第6圖所示，每一個計算板1100包括四個系統晶片，分別是第一運算單元1110、第二運算單元1130、第三運算單元1150與第四運算單元1170。第一、第二、第三與第四運算單元1110~1170可以通過串列高速輸入輸出模組1111互相溝通與傳輸數據。

此外，在本實施例中計算板包含一個第一傳輸介面1101與一個第二傳輸介面1103，用以接收與傳遞外部訊息，其中第一與第三運算單元1110、1150電性連接至第一傳輸介面1101，第二與第四運算單元1130、1170電性連接至第二傳輸介面1103。當外部訊息傳遞至計算板時，可透過第一傳輸介面1101或第二傳輸介面1103傳遞訊息至目標的運算單元，且第一傳輸介面1101與第二傳輸介面1103互為冗餘。舉例來說，若一個訊息欲傳遞至第一運算單元1110，當第一傳輸介面1101正常運作時，此訊息則順利傳遞成功。若當第一傳輸介面1101無法正常運作時，此訊息仍可透過第二傳輸介面1103傳遞至第二或第四運算單元1130、1170，再透過串列高速輸入輸出模組1111傳遞至第一運算單元1110。如此一來可保證訊息成功傳遞。在本實施例中的計算板僅為其中一種實施樣態，本發明並不以此為限。

在一實施例中，前述計算板的系統晶片係具有運算能力的系統晶片。舉例來說，系統晶片可以是特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)、進階精簡指令集機器(advanced RISC machine,ARM)、中央處理單元(central processing unit,CPU)、單晶片控制器或其他適於執行運算及控制指令的設備。此外，計算板係透過串列高速輸入輸出2.0協定與交換裝置交換訊息，並且前述計算板係內嵌4路串列高速輸入輸出2.0協定的接口。本發明並不以此為限。

此外，本發明提供一種信息交換方法，適用於前述微伺服器，微伺服器包括一個計算板與一個交換裝置，計算板電性連接交換裝置，交換裝置包括一個X86系統模組、一個第一協議轉換單元與一個數據交換模組。前述信息交換方法包括當一個第一信息自計算板傳遞至交換裝置時，數據交換模組接收第一信息並複製第一信息為一個第二信息，而後傳遞第一信息與第二信息至第一協議轉換單元，第一協議轉換單元再將第一信息與第二信息透過X86系統模組傳遞至一個外部網路。

當一個第三信息自該外部網路傳遞至交換裝置時，X86系統模組複製第三信息為一個第四信息後，並傳遞第三信息與第四信息至第一協議轉換單元，第一協議轉換單元依據第三信息與第四信息的資訊透過數據交換模組傳遞至計算板。

在一實施例中，前述計算板包括複數個系統晶片，每一個系統晶片內嵌一個串列高速輸入輸出模組，系統晶片之間 通過串列高速輸入輸出模組所傳輸的串列高速輸入輸出數據進行相互之間的數據通訊。當計算板接收到一個信息時，計算板將信息直接傳遞至欲傳遞的系統晶片，或透過系統晶片之間的串列高速輸入輸出模組傳遞至欲傳遞的系統晶片。

在一實施例中，由於數據交換模組為二級交換器並包含一個第一交換單元與複數個第二交換單元，當第一協議轉換單元接收一個信息後，前述信息係先傳遞至第一交換單元，再由第一交換單元傳遞至第二交換單元。在另一實施例中，當第二交換單元接收一個信息時，前述信息係先傳遞至第一交換單元，再由第一交換單元傳遞至第一協議轉換單元。

此外值得一提的是，前述第一信息與前述第二信息互為冗餘，前述第三信息與前述第四信息互為冗餘。因此，當第一信息或第二信息其中之一遺失時，另外一信息仍可取代遺失之信息傳遞至目的地。如此一來，可確保在系統架構中信息傳遞的正確性。

請參照第7圖，第7圖係依據本發明一實施例所實現的計算板與交換模組的示意圖。如第7圖所示，微伺服器中的計算板1110亦可電性連接一個第一交換模組3100與一個第二交換模組3300。其中第一交換模組3100與第二交換模組3300互為冗餘。當第一交換模組3100與第二交換模組3300其中之一故障時，計算板仍可透過未故障的交換模組傳遞訊息。如此一來，可確保在系統架構中信息傳遞的正確性。

綜上所述，本發明一實施例所實現的微伺服器，包括複數個計算板、至少一個交換裝置與一個基板。前述計算板用於進行數據的運算處理。前述交換裝置電性連接前述計算板，用於計算板之間的數據通訊。前述交換裝置包括一個X86系統模組。X86系統模組電性連接微伺服器的一個外部網路，用於前述計算板的數據與外部網路間的高速數據傳輸。基板電性連接前述計算板，並電性連接至前述交換裝置，基板用於微伺服器的數據通訊以及微伺服器的供電。透過各元件之組合，微伺服器可執行電子郵件、資料庫管理以及文字處理等功能。此外，由於微伺服器的計算板亦具有計算能力，因此亦可提供信號過濾、搜尋與格式轉換等需要大量運算的服務。

雖然本發明以前述之實施例發明如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1100‧‧‧計算板

1300‧‧‧交換裝置

1500‧‧‧基板

Claims (14)

1. 一種微伺服器，包括：複數個計算板，用於進行數據的運算處理，每一該計算板包括複數個系統晶片，每一該系統晶片內嵌一串列高速輸入輸出模組，該些系統晶片之間通過該串列高速輸入輸出模組所傳輸的一串列高速輸入輸出數據進行相互之間的數據通訊；至少一交換裝置，電性連接該些計算板，用於該些計算板之間的數據通訊，並用於訊號的轉換，該至少一交換裝置包括：一X86系統模組，電性連接該微伺服器的一外部網路，用於該些計算板的數據與該外部網路間的高速數據傳輸，並用於該訊號的轉換；以及一基板，電性連接該些計算板，並電性連接至該至少一交換裝置，該基板用於該微伺服器的數據通訊以及該微伺服器的供電；其中，該些計算板之間透過該基板進行數據通訊，該些計算板透過該至少一交換裝置進行該串列高速輸入輸出數據的通訊以及與該外部網路的高速數據傳輸。
2. 如請求項1所述的微伺服器，其中該X86系統模組更包括：一X86處理器，用以進行數據處理，該X86處理器內嵌一乙太網控制器； 一網路控制器，電性連接該X86處理器以及至少一第一網路連接器，用以將該X86處理器傳輸的一第一快捷外設互聯標準信號轉換為一千兆網路訊號並透過該第一網路連接器傳輸至該外部網路；以及一乙太網物理層芯片，電性連接該X86處理器以及至少一第二網路連接器，用以透過該第二網路連接器傳輸該乙太網控制器的數據至該外部網路。
3. 如請求項2所述的微伺服器，其中該至少一交換裝置更包括：一第一協議轉換單元，電性連接該X86處理器，用以將該X86處理器所傳輸的一第二快捷外設互聯標準信號轉換為一第一串列高速輸入輸出信號；以及一數據交換模組，電性連接該第一協議轉換單元，用以對該第一串列高速輸入輸出信號進行交換和分配，並提供一第二串列高速輸入輸出信號；其中，該數據交換模組透過該微伺服器的該基板將該第二串列高速輸入輸出信號傳輸至該微伺服器的該些計算板，用以對該些計算板之間的數據進行交換處理以及將該些計算板的數據與該外部網路進行傳輸。
4. 如請求項1所述的微伺服器，其中當該些計算板上的該些系統晶片其中之一失效時，該些計算板仍可透過其他未失效的該些系統晶片執行運算。
5. 如請求項1所述的微伺服器，其中該至少一交換裝置係兩個 交換裝置，當該些交換裝置其中之一失效時，該些計算板中的該些系統晶片仍可透過另一未失效的交換裝置交換訊息。
6. 如請求項1所述的微伺服器，其中該至少一交換裝置係兩個支援該通訊協定的中央分組交換器裝設在一電路板上。
7. 如請求項1所述的微伺服器，其中該些計算板係透過串列高速輸入輸出2.0協定與該至少一交換裝置交換訊息，並且該些計算板係內嵌4路串列高速輸入輸出2.0協定的接口。
8. 一種交換裝置，適用於一微伺服器，包括：一X86系統模組，電性連接一外部網路，用以該微伺服器內的數據與該外部網路的數據傳輸、路由管理以及任務設定，該X86系統模組包括：一X86處理器，用以進行數據處理，該X86處理器內嵌一乙太網控制器；一網路控制器，電性連接該X86處理器以及至少一第一網路連接器，用以將該X86處理器傳輸的一第一快捷外設互聯標準信號轉換為一千兆網路訊號並透過該第一網路連接器傳輸至該外部網路；以及一乙太網物理層芯片，電性連接該X86處理器以及至少一第二網路連接器，用以透過該第二網路連接器傳輸該乙太網控制器的數據至該外部網路；一第一協議轉換單元，電性連接該X86處理器，用以將該X86處理器所傳輸的一第二快捷外設互聯標準信號轉換為 一第一串列高速輸入輸出信號；以及一數據交換模組，電性連接該第一協議轉換單元，用以對該第一串列高速輸入輸出信號進行交換和分配，並提供一第二串列高速輸入輸出信號；其中，該數據交換模組透過該微伺服器的一基板將該第二串列高速輸入輸出信號傳輸至該微伺服器的複數個計算板，用以對該些計算板之間的數據進行交換處理以及將該些計算板的數據與該外部網路進行傳輸。
9. 如請求項8所述的交換裝置，其中該數據交換模組為二級交換器，包括：一第一交換單元，電性連接該第一協議轉換單元，用以將該第一串列高速輸入輸出信號交換處理為一第三串列高速輸入輸出信號；以及複數個第二交換單元，電性連接該第一交換單元以及分別電性連接至該些計算板，用以對該第三串列高速輸入輸出信號進行數據交換與分配為該第二串列高速輸入輸出信號並傳輸至該些計算板。
10. 如請求項8所述的交換裝置，其中該交換裝置裝設在一電路板上。
11. 如請求項8所述的交換裝置，其中該X86系統模組更包括一網路接口控制器，該網路接口控制器電性連接該X86處理器以及該外部網路，用以交換該X86處理器的高速數據與該外 部網路的數據。
12. 如請求項8所述的交換裝置，更包括一第二協議轉換單元，電性連接該X86處理器，用以將該X86處理器所傳輸的該第二快捷外設互聯標準信號轉換為一第四串列高速輸入輸出信號。
13. 如請求項12所述的交換裝置，更包括一第三交換單元，電性連接該第二協議轉換單元與該些第二交換單元，用以將該第四串列高速輸入輸出信號交換處理為一第五串列高速輸入輸出信號並傳輸至該些計算板。
14. 如請求項13所述的交換裝置，其中該第一協議轉換單元與該第二協議轉換單元互為冗餘，該第一交換單元與該第三交換單元互為冗餘。