TWI617923B - 用以卸載伺服器管理流量之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種用以卸載伺服器管理流量之系統，包括資料埠、帶外埠、以及葉交換器。葉交換器包括交換器特定用途積體電路(ASIC)、以及直接連接交換器ASIC的非受管理晶片(unmanaged chip)。交換器ASIC用以將資料流量導向資料埠，並將基板管理控制器(BMC)流量卸載至非受管理晶片。非受管理晶片用以將BMC流量導向帶外埠。

Description

用以卸載伺服器管理流量之系統及方法
本發明是有關於電腦系統，特別是關於用以卸載伺服器管理流量至帶外埠之系統及方法。
現代資料中心的電腦伺服器系統通常以特定組態安裝於伺服器機櫃(server rack)上，伺服器機櫃中放置多個計算模組且這些計算模組互相堆疊於彼此之上，計算模組例如是伺服器托盤(tray)、伺服器機殼(chassis)、伺服器滑軌(sled)、伺服器刀鋒(blade)等等。安裝在機櫃上的系統可以使得計算模組垂直擺放，以有效利用空間。一般而言，每個計算模組可以滑入機櫃或是自機櫃滑出，各種電纜可從機櫃的前方或後方連接至計算模組，電纜例如是輸入輸出電纜、網路電纜、電力電纜等等。各計算模組包括一或多個電腦伺服器，或是具有一或多個電腦伺服器元件，舉例而言，計算模組包括硬體電路用以處理、儲存、網路控制器、磁碟機、電纜埠、電源供應等等。
各計算模組可連接至網路，例如乙太網路(Ethernet network)，對於連接至區域網路(Local Area Network,LAN)以及廣域網路(Wide Area Network,WAN)之電腦而言，乙太網路已為廣泛運用的網路標準。乙太網路裝置藉由傳送資料封包(packet)進行通訊，資料封包包括個別傳送的資料區塊(block)。藉由資料連結層(Data Link Layer)的網路存取以及共同定址格式，乙太網路定義了物理層(Physical Layer,PHY)的數個接線與信號的標準。
典型的伺服器系統包括管理控制器，例如是基板管理控制器(Baseboard Management Controller,BMC)，BMC是一種嵌入於伺服器系統主機板的專用微控制器，BMC管理系統管理軟體與平台硬體之間的介面。不同類型的感測器可設置於電腦系統內，向BMC回報相關參數，例如溫度、散熱風扇速度、電源狀態、作業系統狀態等等。BMC監控多個感測器，當有任何參數數值超出了預設的限制範圍時，BMC能夠通過乙太網路傳送警告訊息給系統管理員(Administrator)，告知伺服器系統可能的不正常運作。系統管理員能夠通過乙太網路遠端與BMC通訊，以採取改正措施使得系統回復正常功能，改正措施例如系統重置或是重新啟動電源。
目前一些伺服器系統將BMC與系統管理員之間的流量與來自伺服器系統的資料流量分開，其係使用放置於機櫃頂端(top-of-rack,TOR)的管理交換器(management switch)將流量分開。將BMC流量與資料流量分開，可確保BMC流量不會受到資料流量壅塞(congestion)影響。然而，由於管理交換器的必要性， 將會佔據伺服器機櫃的空間，並且增加伺服器機櫃的成本。
以下呈現之一或多個實施例的簡要概述以提供對本技術的基本瞭解。此概述並非本技術的所有可能實施例的泛泛總覽，也不是要確立所有例示的關鍵或重要元件，或是描述本技術之任一或所有層面的範疇。其唯一目的在於用簡要的形式呈現一或多個例子的一些概念，以此作為後面的詳細說明的序言。
在部分實施方式中，提出一種用以卸載伺服器管理流量之系統，包括資料埠、帶外埠、以及葉交換器。葉交換器包括交換器積體電路、以及直接連接交換器積體電路的非受管理晶片。交換器積體電路用以將資料流量導向資料埠，並將BMC流量卸載至非受管理晶片。非受管理晶片用以將BMC流量導向帶外埠。
在部分實施方式中，提出一種用以卸載伺服器管理流量之方法，包括下列步驟。以交換器積體電路將資料流量導向資料埠；以交換器積體電路將BMC流量卸載至非受管理晶片，其中非受管理晶片直接連接交換器積體電路；以及以非受管理晶片將BMC流量導向帶外埠。
在部分實施方式中，提出一種用以卸載伺服器管理流量之系統，包括資料埠、帶外埠、以及葉交換器。葉交換器包括處理器、交換器積體電路、以及非受管理晶片。交換器積體電路連接處理器。非受管理晶片連接處理器且直接連接交換器積體 電路。交換器積體電路用以將資料流量導向資料埠，並將BMC流量卸載至非受管理晶片。非受管理晶片用以將BMC流量導向帶外埠。此系統更包括BMC，BMC連接處理器以及非受管理晶片。
100、200‧‧‧系統
110‧‧‧脊節點
120‧‧‧伺服器機櫃
122、210‧‧‧TOR交換器
124‧‧‧伺服器
129‧‧‧管理交換器
130‧‧‧管理伺服器
132‧‧‧帶外路徑
140‧‧‧路由器
220‧‧‧處理器
230‧‧‧交換器ASIC
232、242、262、272、282‧‧‧連接
235‧‧‧資料埠
240‧‧‧非受管理晶片
245‧‧‧帶外埠
260‧‧‧網路
270‧‧‧管理伺服器
280‧‧‧伺服器
310‧‧‧以交換器ASIC將資料流量導向資料埠
320‧‧‧以交換器ASIC將管理流量卸載至非受管理晶片，其中非受管理晶片直接連接交換器ASIC
330‧‧‧以非受管理晶片將管理流量導向帶外埠
400‧‧‧電腦系統
410‧‧‧BIOS
420‧‧‧記憶體
430‧‧‧儲存
440‧‧‧處理器
450‧‧‧網路介面
460‧‧‧北橋
470‧‧‧南橋
480‧‧‧管理控制器
本技術的多個方面將配合圖式描述於以下的詳細說明書以及申請專利範圍內：第1圖繪示用以卸載管理控制器流量之範例系統的方塊圖。
第2圖繪示用以卸載管理控制器流量之範例系統的方塊圖。
第3圖繪示用以卸載管理控制器流量之範例方法。
第4圖繪示範例電腦系統的方塊圖。
本揭露提供將管理控制器流量卸載(offloading)至帶外(out-of-band)的技術。本技術的多個層面將配合圖式進行說明。在以下描述中，為了解釋的目的，陳列出多個具體的細節以提供對本技術一或多個層面的理解。然而明顯地，本技術可以不用這些具體的細節來實現。在其他例子中，已知的結構及裝置係繪示於方塊圖中以便於描述本揭露的該些層面。
第1圖繪示用以卸載管理控制器流量之範例系統100的方塊圖。在部分實施方式中，系統100包括多個伺服器機 櫃120以形成葉脊網路拓樸(leaf-spine network topology)中的第一階層(tier)，此例中伺服器機櫃120即為葉節點(leaf node)，第一階層即為葉階層(leaf layer)。每個作為葉節點的伺服器機櫃120包括機櫃頂端(top-of-rack,TOR)交換器(switch)122以及一或多個伺服器124。各伺服器124包括管理控制器，例如是基板管理控制器(Baseboard Management Controller，下稱BMC)，經由網路介面卡(Network Interface Card,NIC)連接到TOR交換器122。一或多個脊節點110形成葉脊網路拓樸中的第二階層並連接至路由器140，第二階層即為脊階層(spine layer)，每一個脊節點110皆連接到路由器140。舉例而言，路由器140可適用於區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)。
葉階層包括葉節點120，每個葉節點包括連接至裝置的葉交換器(TOR交換器122)。脊階層包括脊節點110，每個脊節點包括脊交換器。脊階層為網路的主幹，網路中各個葉節點120皆連接到每一個脊節點110。
在部分實施方式中，葉節點120當中的每個伺服器連接到管理交換器129的前埠(或資料埠(data ports))。管理伺服器130可以是系統管理員使用的電腦、平板、或行動裝置，管理伺服器130間接連接至管理交換器129。在一些實施例中，管理伺服器130可監控從各個BMC傳送的系統健康狀態，管理伺服器130亦使得系統管理員能夠遠端管理各伺服器124的BMC。
在部分實施方式中，TOR交換器122可整合管理交 換器129的功能，但將資料流量與BMC流量分開，以將BMC流量從帶外埠(out-of-band port)卸載至管理伺服器130。來自伺服器機櫃120中各伺服器124的資料流量在葉脊網路中移動至路由器140。管理流量經由帶外路徑(out-of-band path)132在管理伺服器130與TOR交換器122之間移動。
帶外(out-of-band)指的是使用特定路徑以管理網路裝置，例如伺服器機櫃120中的伺服器124。帶外管理可用以確保管理連接性不受到其他非帶外網路元件的狀態影響。帶外管理使得系統管理員能夠遠端監控並且管理伺服器以及其他連接到網路的設備，不論裝置是否開機、也不論作業系統是否安裝或功能正常。相較之下，帶內(in-band)管理是基於帶內連接性以及已安裝的軟體，軟體只有在作業系統啟動後才能執行。
第2圖繪示用以卸載管理控制器流量之範例系統200的方塊圖。在部分實施方式中，系統200包括伺服器機櫃內的TOR交換器210，TOR交換器210連接至伺服器機櫃內各個伺服器280的一或多個BMC。在部分實施方式中，TOR交換器210包括處理器220、交換器特定用途積體電路(Application-Specific Integrated Circuit,ASIC)230、以及非受管理晶片(Unmanaged Chip)240。
網路交換器(例如乙太網路交換器)是使用於電腦網路將多個裝置物理連接在一起的一種裝置。多條電纜連接到交換器以使得網路裝置能夠互相溝通。交換器藉由將接收到的訊息僅 傳送到此訊息意圖到達的裝置，以管理網路中的資料流向。每個連接到交換器的網路裝置可使用媒體存取控制(Media Access Control,MAC)地址以辨別身份，使得交換器管理流向。交換器包括ASIC以建立並且維護MAC位址表。
TOR交換器210的交換器ASIC 230(或交換器積體電路)經由資料埠235，使用連接262連接到網路260。舉例而言，網路260是區域網路(LAN)或是廣域網路(WAN)。ASIC是為特定用途而定制的積體電路，而非一般用途使用，以使得在這個特定用途能有較佳的效率。交換器ASIC 230使用連接282連接伺服器280。
交換器ASIC 230用以將向外(outbound)資料流量，從伺服器280經由資料埠235以及連接262導向網路260。交換器ASIC 230更用以將向外BMC流量從伺服器280的BMC卸載至非受管理晶片240。向外BMC流量包括管理伺服器270與伺服器280的BMC之間的管理流量。
交換器ASIC 230更用以將進入(inbound)資料流量從網路260導向伺服器280。交換器ASIC 230更用以將進入BMC流量(源自管理伺服器270)，從非受管理晶片240導向伺服器280的BMC。
TOR交換器210的非受管理晶片240使用帶外連接272，經由帶外埠245連接到管理伺服器270。舉例而言，管理伺服器270是伺服器機櫃中一或多個伺服器的系統管理員所使用的 電腦、平板、或行動裝置。
非受管理晶片240可包括不具有遠端組態、管理、或監控選項的交換器。然而，部分的非受管理晶片可以藉由發光二極體(Light Emitting Diode,LED)指示器以及雙列直插封裝(Dual In-line Package,DIP)開關(Switch)而在本地端作監控以及設定。DIP Switch是手動操作的電子開關，封裝於標準雙列直插封裝。一般而言這些交換器比受管理交換器(managed switch)便宜。
相較於非受管理晶片，受管理交換器支援通過嵌入式代理者(embedded agent)的簡單網路管理協議(Simple Network Management Protocol,SNMP)，具有指令列介面(Command Line Interface,CLI)，可使用序列控制台(Serial Console)、遠端登錄(Telnet)、安全殼(secure Shell)存取。受管理交換器通常可以群體被設定及管理。
在部分實施方式中，非受管理晶片240用以將向外BMC流量，從交換器ASIC 230導向帶外埠245。在一些實施例中，非受管理晶片240可以使用MAC表以及虛擬區域網路(VLAN)組態以將BMC流量導向該帶外埠245。
交換器ASIC 230使用連接232連接處理器220。在一些實施例中，連接232是外設組件互聯標準(Peripheral Component Interconnect,PCI)、快捷外設互聯標準(PCI Express,PCIe)、或其類似。PCI使用共享平行匯流排架構，其中PCI主機與所有裝置共享相同組合的位址、資料以及控制線。相較之下， PCIe使用點對點拓樸，各裝置以分別的序列鏈路連接至主機。就匯流排協定而言，PCIe通訊是封裝在封包內。
非受管理晶片240使用連接242連接處理器220。在一些實施例中，連接242是序列十億位元媒體獨立介面(Serial Gigabit Media Independent Interface,SGMII)或序列器/解序列器(Serializer/Deserializer,SerDes)介面。
第3圖繪示用以卸載管理控制器流量之範例方法。方法300包括，在步驟310，以交換器ASIC將資料流量導向資料埠。
方法300包括，在步驟320，以交換器ASIC將管理流量卸載至非受管理晶片，其中非受管理晶片直接連接交換器ASIC。
方法300包括，在步驟330，以非受管理晶片將管理流量導向帶外埠。
第4圖繪示範例電腦系統400的方塊圖。電腦系統400包括處理器440、網路介面450、管理控制器480、記憶體420、儲存430、基本輸入輸出系統(Basic Input/Output System,BIOS)410、北橋(Northbridge)460、以及南橋(Southbridge)470。
電腦系統400例如是伺服器(例如資料中心的伺服器機櫃中的伺服器)或個人電腦。處理器(例如中央處理單元，CPU)440是主機板上的晶片，可擷取並執行記憶體420儲存的程式指令。處理器440可以是具有單一處理核心的單一CPU、具有 多處理核心的單一CPU、或是多個CPU。一或多個匯流排(未繪示於圖中)於多個電腦元件之間傳送指令與應用程式資料，電腦元件例如包括處理器440、記憶體420、儲存430、以及網路介面450。
記憶體420包括用以暫時性或永久性儲存資料或程式的實體裝置，例如各種形式的隨機存取記憶體(RAM)。儲存430包括非揮發性資料儲存的實體裝置，例如硬碟或快閃碟(flash drive)。相較於記憶體420，儲存430可具有較大容量，每單位儲存量的成本較低，然而亦可能有較慢的傳輸速率。
BIOS 410包括基本輸入輸出系統、其均等物或其後代衍生物，例如可延伸韌體介面(Extensible Firmware Interface,UEFI)或統一可延伸韌體介面(Unified Extensible Firmware Interface,UEFI)。BIOS 410包括BIOS晶片，設置於儲存BIOS軟體程式的電腦系統400的主機板上。BIOS 410儲存有韌體，此韌體在電腦系統初次開機時伴隨著為BIOS 410指定的組態設定而被執行。BIOS韌體以及BIOS組態儲存在非揮發性記憶體(NVRAM)或是唯讀記憶體(ROM)，例如快閃記憶體(flash memory)。快閃記憶體是一種非揮發性電腦儲存媒介，可以電子信號抹除(erase)以及重新編程(reprogram)。
每次電腦系統400啟動時，BIOS 410被載入並作為順序程式被執行。BIOS 410可根據組態設定而辨識、初始化、並且測試電腦系統中的硬體。BIOS 410可對電腦系統執行自我測試， 例如開機自我檢測(Power-On-Self-Test,POST)。此自我測試可測試多個硬體元件，例如硬碟、光碟讀取裝置、散熱裝置、記憶體模組、擴充卡及其類似。BIOS 410定址並且配置記憶體420的一區域以儲存作業系統，BIOS 410接著將電腦系統的控制權交給作業系統。
電腦系統400的BIOS 410包括BIOS組態，BIOS組態定義BIOS 410如何控制電腦系統400的各種硬體元件，BIOS組態決定電腦系統400的各種硬體元件啟動的順序。BIOS 410提供一個介面(例如BIOS設定公用程式)以允許設定各種參數，可以設定為不同於BIOS預設組態的參數。舉例而言，使用者(例如系統管理員)可以使用BIOS 410指定時脈以及匯流排速度、指定連接到電腦系統的週邊裝置、指定監控健康程度(例如風扇速度以及CPU溫度的限制)、以及指定其他各式各樣會影響電腦系統效能與功率消耗的參數。
管理控制器480是一種嵌入於電腦系統主機板的專用微控制器，舉例而言，管理控制器480是基板管理控制器(BMC)。管理控制器480管理系統管理軟體與平台硬體之間的介面。不同類型的感測器可設置於電腦系統內，向管理控制器480回報相關參數，例如溫度、散熱風扇速度、電源狀態、作業系統狀態等等。管理控制器480監控多個感測器，當有任何參數數值超出了預設的限制範圍時，管理控制器480能夠通過網路傳送警告訊息給系統管理員，告知系統可能的不正常運作。系統管理員能夠遠端與 管理控制器480通訊，以採取改正措施使得系統回復正常功能，改正措施例如系統重置或是重新啟動電源。
北橋460是主機板上的晶片，可直接連接處理器440或是整合於處理器440內。在一些實施例中，北橋460及南橋470可整合於單一晶片。北橋460及南橋470係管理處理器440與主機板上其他元件之間的溝通。相較於南橋470，北橋460管理需要較高效能的工作。北橋460管理處理器440、記憶體420、以及影像控制器(未繪示於圖中)之間的溝通。在一些實施例中，北橋460包括影像控制器。
南橋470是主機板上的晶片，連接至北橋460，而南橋470不一定需要直接連接處理器440(與北橋460不同)。南橋470管理輸入輸出功能，例如電腦系統400的通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)、音訊、序列介面、BIOS、序列先進技術附件(Serial Advanced Technology Attachment,SATA)、PCI匯流排、PCI延伸(PCI-X)匯流排、PCI快捷(Express)匯排排、工業標準架構(ISA)匯流排、序列週邊介面(SPI)匯流排、改良序列週邊介面(eSPI)匯流排、系統管理匯流排(SMBus)。南橋470可連接管理控制器480、直接記憶體存取(Direct Memory Access,DMA)控制器、可程式中斷控制器(Programmable Interrupt Controller,PIC)、以及即時時脈，上述這些單元亦可以包含於南橋470內部。在一些實施例中，南橋470直接連接處理器440，例如當北橋460整合於處理器440內部時。
網路介面450是可支援區域網路或廣域網路的任意介面，例如乙太網路、光纖通道、Wi-Fi、藍牙(Bluetooth)、火線(Firewire)、網際網路等等。舉例而言，網路介面450可包括乙太網路的網路介面控制器(NIC)。對於在區域網路以及廣域網路連接電腦，乙太網路已為廣泛運用的網路標準。藉由媒體存取控制(MAC)/資料連結層的網路存取以及共同定址格式，乙太網路定義了物理層(PHY)的數個接線與信號的標準。乙太網路使得裝置藉由傳送資料封包進行通訊，資料封包包括個別傳送的資料區塊。
與本揭露相關的各式說明性邏輯區塊、模組以及電路，實現方式可以透過通用目的處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、特定用途積體電路(ASIC)、可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)或其它可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體元件、或前述的任意組合，經設計而執行本文所述的功能。通用目的處理器是一種微處理器，或是任一種傳統的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實現為運算裝置的組合，例如DSP及微處理器的組合、多個微處理器、一或多個微處理器連同一DSP核心、或任何其他配置。
與本文揭露敘述關聯的操作方法或演算法可直接內嵌於硬體、由處理器所執行的軟體模組、或兩者的組合當中。軟體模組可放置於RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、可移除式磁碟、CD-ROM、 或任何其他習知的儲存媒體形式。一例示性的儲存媒體係耦接至處理器，使處理器可自儲存媒體讀取或對其寫入資訊。或者，儲存媒體係整合至處理器當中。處理器以及儲存媒體可置於ASIC當中。而ASIC可置於使用者終端。或者，處理器以及儲存媒體可作為使用者終端中的離散元件。
在一或多個例示性設計中，所述之功能係實現於硬體、軟體、韌體或其任一組合當中。若實現於軟體，該些功能係以一或多個指令或程式碼的形式被儲存或是傳輸在非暫態電腦可讀取媒體上。非暫態電腦可讀取媒體包括電腦儲存媒體以及通訊媒體，通訊媒體包括任意一種可促使電腦程式從一處傳輸至另一處的媒體。儲存媒體可以是任一種可被通用目的電腦或特殊目的電腦所存取的媒體。舉例來說，但不限於，電腦可讀取媒體包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存、磁碟儲存或其他磁性儲存裝置、或任何其他可用來承載或儲存所需程式碼手段的媒體，所述程式碼手段的形式例如為可被通用目的或特殊目的電腦、或通用目的或特殊目的處理器所存取的指令或資料結構。本文所述的磁碟(disk)及光碟(disc)包括壓縮光碟(Compact Disc,CD)、雷射光碟(laser disc)、光學光碟(optical disc)、數位影音光碟(digital versatile disc,DVD)、軟性磁碟(floppy disk)以及藍光光碟(blue ray disc)，其中，磁碟通常是磁性地仿製(reproduce)資料，而光碟則通常是光學地透過雷射來仿製資料。上述的結合亦屬非暫態電腦可讀取媒體的範疇。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧系統
210‧‧‧TOR交換器
220‧‧‧處理器
230‧‧‧交換器ASIC(交換器積體電路)
232、242、262、272、282‧‧‧連接
235‧‧‧資料埠
240‧‧‧非受管理晶片
245‧‧‧帶外埠
260‧‧‧網路
270‧‧‧管理伺服器
280‧‧‧伺服器

Claims (7)

  1. 一種用以卸載伺服器管理流量之系統，包括：一資料埠；一帶外埠；以及一葉交換器，包括：一交換器積體電路；以及一非受管理晶片，直接連接該交換器積體電路；其中該交換器積體電路用以將一資料流量導向該資料埠，並將一基板管理控制器(BMC)流量卸載至該非受管理晶片，該非受管理晶片用以使用一媒體存取控制表以及一虛擬區域網路組態將該BMC流量導向該帶外埠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包括一處理器，該非受管理晶片連接該處理器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該非受管理晶片更用以將一進入管理流量從該帶外埠導向該交換器積體電路，該交換器積體電路更用以將該進入管理流量導向該基板管理控制器。
  4. 一種用以卸載伺服器管理流量之方法，包括：以一交換器積體電路將一資料流量導向一資料埠；以該交換器積體電路將一BMC流量卸載至一非受管理晶片，其中該非受管理晶片直接連接該交換器積體電路；以及以該非受管理晶片將該BMC流量導向一帶外埠，其中該非 受管理晶片使用一媒體存取控制表以及一虛擬區域網路組態以將該BMC流量導向該帶外埠。
  5. 一種用以卸載伺服器管理流量之系統，包括：一資料埠；一帶外埠；一葉交換器，包括：一處理器；一交換器積體電路，連接該處理器；一非受管理晶片，連接該處理器，且該非受管理晶片直接連接該交換器積體電路；其中該交換器積體電路用以將一資料流量導向該資料埠，並將一基板管理控制器(BMC)流量卸載至該非受管理晶片，該非受管理晶片用以使用一媒體存取控制表以及一虛擬區域網路組態以將該BMC流量導向該帶外埠；以及一基板管理控制器，連接該處理器以及該非受管理晶片。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，更包括一處理器，其中該非受管理晶片以一序列十億位元媒體獨立介面(SGMII)或一序列器/解序列器(SerDes)介面連接該處理器，該非受管理晶片以一乙太網路(Ethernet)介面連接該交換器積體電路。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該非受管理晶片更用以將來自該帶外埠的一進入管理流量導向該交換器積體電路，該交換器積體電路更用以將該進入管理流量導向該基板管理 控制器。
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