TWM577533U

TWM577533U - Expandable electronic computing system

Info

Publication number: TWM577533U
Application number: TW107217602U
Authority: TW
Inventors: 張雅茹; 金智仙
Original assignee: 鎝羅斯科技有限公司
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-05-01

Abstract

一種具擴充性之電子運算系統，可連接至一外部主機，包含：至少一圖形處理單元，其供以產生一PCI-E訊號；一轉換單元，其供以接收PCI-E訊號並轉換為一USB訊號；一主控制單元，供以驅動轉換單元作動；一USB介面裝置，供以接收轉換單元所傳遞的USB訊號，並透過一USB傳輸線將USB訊號傳遞至外部主機的一USB連接埠，依此，USB訊號可經由USB連接埠，傳遞至外部主機的一中央處理單元進行處理，進而能提升外部主機執行一圖形處理任務、或一通用運算任務的運算能力。

Description

具擴充性之電子運算系統

一種電子運算系統，尤指一種可對具有一USB連接埠的一外部主機，提升其運算能力的「具擴充性之電子運算系統」。

隨著資料傳輸技術的進步，高速資料傳輸協定也陸續被提出，Thunderbolt傳輸介面可與USB Type C連接器相容，且可達到40Gpbs之傳輸速度，故目前具有Thunderbolt連接埠的運算裝置，得以相容於Thunderbolt的傳輸協定，與同樣具有Thunderbolt連接埠的一外部裝置進行通訊，例如若該外部裝置為一Thunderbolt顯示卡外接盒，並且使用者於運算裝置完成Thunderbolt驅動程式及韌體的安裝後，運算裝置即可成功辨識出該外部裝置，並判定其為外接式顯示卡(External GPU)，進而提升運算裝置之圖形運算能力。

然而，目前具有Thunderbolt連接埠的運算裝置大多為高階的個人電腦、或筆記型電腦，換言之，使用者必須耗費較高的硬體成本更換更高階的機種，方能透過Thunderbolt傳輸介面提升其運算裝置之運算能力，且一旦使用者所購置的運算裝置發生故障，即需再添購新的運算裝置。

再者，目前中低階的運算裝置(例如個人電腦或筆記型電腦)，大多不具備Thunderbolt連接埠，而無法透過Thunderbolt傳輸介面提升其效能，即便目前使用者可透過拆除筆記型電腦的無線網卡(適配於m-PCIE介面)，並插接適配於m-PCIE傳輸介面的外部裝置(例如顯示卡外接盒)，以提升其繪圖運算能力，但如此一來，使用者將需要採用額外的方式擴充Ethernet網路。

是以，針對中低階、且不具有Thunderbolt連接埠的運算裝置，如何提出一種硬體建置成本較低，且能有效提升運算裝置之運算能力的電子運算系統，仍為有待解決之問題。

有鑑於上述先前技術之問題，本創作人依據多年來從事相關領域研究的經驗，針對通用序列匯流排(USB)介面、及高速週邊元件互連協定(PCI-E)的相關技術進行研究；緣此，本創作之目的在於提供一種可對具有一USB連接埠的一外部主機，提升其運算能力的「具擴充性之電子運算系統」。

為達上述目的，本創作提出一種具擴充性之電子運算系統，供以連接至一外部主機，電子運算系統包括：至少一圖形處理單元，圖形處理單元供以基於外部主機的一請求指令，進行運算而產生一PCI-E訊號；一轉換單元，供以接收PCI-E訊號並轉換為一USB訊號；一主控制單元，供以驅動轉換單元作動；一USB介面裝置，供以接收轉換單元所傳遞的USB訊號，並透過一USB傳輸線將USB訊號傳遞至外部主機的一USB連接埠；而本創作據以實施後，USB連接埠可將USB訊號傳遞至外部主機的一中央處理單元，以提升其執行一圖形處理任務的繪圖運算能力、或提升其執行一通用運算任務的通用運算能力。

在本創作之一實施例中，一USB匯集器可設置於多個電子運算系統、與外部裝置之間，其中，USB匯集器設置有一連接埠，其可連接至外部主機的USB連接埠，USB匯集器更可設置其它連接埠，供以分別連接至各電子運算系統的USB介面裝置。

在本創作之一實施例中，電子運算系統另包含一USB集線器，其所具有的一個連接埠與USB介面裝置相連接，USB集線器所具有的其它兩個埠分別與轉換單元及主控制單元相連接，並且USB集線器更設置有多個擴充連接埠，供以分別與多個USB周邊裝置相連接。

在本創作之一實施例中，一USB匯集器可設置於多個電子運算系統、與外部裝置之間，其中，USB匯集器設置有一連接埠，其可連接至外部主機的USB連接埠，USB匯集器更可設置其它連接埠，供以分別連接至各電子運算系統的USB介面裝置；並且，電子運算系統更可包含一USB集線器，其所具有的一個連接埠與USB介面裝置相連接，USB集線器所具有的其它兩個埠分別與轉換單元及主控制單元相連接，並且USB集線器更設置有多個擴充連接埠，供以分別與多個USB周邊裝置相連接。

為使貴審查委員得以清楚了解本創作之目的、技術特徵及其實施後之功效，茲以下列說明搭配圖示進行說明，敬請參閱。

10‧‧‧電子運算系統

101‧‧‧圖形處理單元

1011‧‧‧圖形記憶體

102‧‧‧轉換單元

103‧‧‧主控制單元

104‧‧‧USB介面裝置

10’‧‧‧電子運算系統

10”‧‧‧電子運算系統

20‧‧‧外部主機

201‧‧‧USB連接埠

202‧‧‧中央處理單元

30‧‧‧USB集線器

301‧‧‧主控制單元

302‧‧‧USB周邊裝置

303‧‧‧轉換單元

40‧‧‧USB匯集器

L‧‧‧USB傳輸線

第1圖，為本創作之系統架構圖。

第2圖，為本創作之訊號流示意圖。

第3圖，為本創作之另一實施例(一)之系統架構圖。

第4圖，為本創作之另一實施例(二)之系統架構圖。

第5圖，為本創作之另一實施例(二)之訊號流示意圖。

第6圖，為本創作之另一實施例(三)之系統架構圖。

請參閱「第1圖」、及「第2圖」，其分別為本創作之系統架構圖、及訊號流示意圖，具擴充性之電子運算系統10供以連接於一外部主機20，電子運算系統10包含：至少一圖形處理單元101、一轉換單元102、一主控制單元103、及一USB介面裝置104。

圖形處理單元101可為一個以上(例如兩個)，且其分別具有一圖形記憶體1011，且圖形處理單元101供以基於外部主機20所傳遞的一請求指令，進行運算而產生一PCI-E(PCI Express)訊號，圖形記憶體1011經組態以暫存圖形指令、請求指令及影像等資料，其中，所述的請求指令為執行一圖形處理任務、或一通用運算任務。

轉換單元102與圖形處理單元101呈電性連接，供以接收圖形處理單元101所傳遞的PCI-E訊號，進行訊號處理，以分別轉換為一USB訊號。

主控制單元103與轉換單元102呈電性連接，主要對轉換單元102傳遞一控制訊號，以驅動轉換單元102之作動，主控制單元103可為一微處理器(Microprocessor)、一微控制器(Microcontroller Unit，MCU)、一數位訊號處理器(DSP)、一特殊應用積體電路(ASIC)或其他類似裝置。

USB介面裝置104分別與主控制單元103、及轉換單元102電性連接，供以接收轉換單元102所傳遞的USB訊號，並透過一USB傳輸線L，將USB訊號傳遞到外部主機20的一USB連接埠201，並且，轉換單元102亦供以從USB介面裝置104接收外部主機20所傳遞的請求指令(USB訊號)，並進行訊號轉換，以將外部主機20請求讀取圖形處理單元101之運算資源的指令，傳遞至圖形處理單元101進行運算。

外部主機20的USB連接埠201供以將USB訊號傳遞至外部主機20的一中央處理單元202進行處理，以續行一圖形處理任務、或一通用運算任務。

其中，有關外部主機20欲執行的圖形處理任務，可為2D或3D圖形渲染(rendering)的視訊處理、或影像加速任務，尤其是因應3D繪圖或3D遊戲軟體的需求，但不以此為限。

其中，外部主機20所欲執行的通用運算任務可指使圖形處理單元101以「GPGPU(General-Purpose Computing on GPU，泛用型圖形處理單元)」模式運行，依此，需要執行通用算術處理的指令及資料(例如執行單一指令多重資料(SIMD)的浮點運算指令)，可從外部主機20的中央處理單元202傳遞給圖形處理單元101，並將圖形處理單元101所運算的算術結果傳回中央處理單元202。

承上，若外部主機20係作為一區塊鏈網路之節點，並用以持續進行一雜湊運算時，則外部主機20可使圖形處理單元101以GPGPU模式運行，而可提升其於區塊鏈網路的算力。

另，上述的外部主機20可為一個人電腦(PC)、一筆記型電腦(NB)、具有USB連接埠的一顯示裝置、一銷售點終端裝置(Point of Sale，POS)、一虛擬實境頭戴式裝置(HMD)、或一混合實境頭戴式裝置之其中一種或其組合，但不以此為限。

另，圖形處理單元101可設置於一PCI-E介面槽，PCI-E介面槽可適配於一PCI-E x1介面、一PCI-E x2介面、一PCI-E x4介面、一PCI-E x8介面、及PCI-E x16介面之其中一種。

另，USB介面裝置104可適配於USB 2.0、USB 3.0、或USB 3.1等通用序列匯流排標準的傳輸規格，惟並不以此為限；其中，若USB介面裝置104符合USB 3.0的傳輸規格，則USB介面裝置104可具有一電源供應導體對(VBUS、GND)、一SSTX訊號導體對(SSTX+、SSTX-)、一第二USB訊號導體對為一SSRX訊號導體對(SSRX+、SSRX-)、及一D訊號導體對(D+、D-)。

請參閱「第3圖」，其為本創作之另一實施例(一)之系統架構圖，本實施例與「第1圖」所示實施例之技術類同，主要差異在於，電子運算系統10更包含一USB集線器30，且USB集線器30可包括多個連接埠(USB連接器)，則USB集線器30所具有的其中一個連接埠可與USB介面裝置104相連接，USB集線器30所具有的其它二個連接埠，可分別與一主控制單元301及一轉換單元303相連接，故有關本實施例的主控制單元301，其與USB介面裝置104的連結關係，係與「第1圖」所示之實施例有所不同，再者，USB集線器30更可設置多個擴充連接埠(圖中未繪示)，供以分別連接多個USB周邊裝置302。

其中，各USB周邊裝置302可為一通訊裝置、一影像感測裝置、一HID裝置(Human Interface Device，人機介面裝置)等支援USB傳輸介面之其中一種裝置或其組合。

其中，所述的通訊裝置可與一外部裝置(圖中未繪示)建立通訊，其構成通訊的方式可透過乙太網路、3G、4GLTE、Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth等傳輸協定達成，但不以此為限。

其中，所述的影像感測裝置與主控制單元301呈電性連接，影像感測裝置接收一影像訊號後，可由主控制單元301傳遞至圖形處理單元101，以供圖形處理單元101執行該圖形處理任務。

請參閱「第4圖」及「第5圖」，其分別為本創作之另一實施例(二)之系統架構圖、及訊號流示意圖，在此實施例的實施架構中，一USB匯集器40可設置於外部主機20、及多個電子運算系統(10、10’、10”...)之間，且本實施例的電子運算系統(10’、10”...)之系統架構與技術，係與「第1圖」所示實施例的電子運算系統10類同，其中，USB匯集器40可包括複數個連接埠(圖中未繪示)，且USB匯集器40所具有的其中一個連接埠，其可連接至外部主機20的USB連接埠，而USB匯集器40所具有的其它連接埠，除了可連接至電子運算系統10的USB介面裝置104，亦可分別連接至電子運算系統(10’、10”...)的各USB介面裝置(圖中未繪示)，依此，各電子運算系統(10、10’、10”...)的USB介面裝置可分別將外部主機20所傳遞的請求指令，各自傳遞給轉換單元進行處理，並於各自的圖形處理單元完成運算後，將USB訊號分別傳遞至外部主機20，以提升外部主機20執行圖形處理任務、或通用運算任務的運算能力。

請參閱「第6圖」，其為本創作之另一實施例(三)之系統架構圖，本實施例與「第4圖」所示實施例之技術類同，主要差異在於，「第4圖」所揭實施例的電子運算系統10可更包含一USB集線器30，且USB集線器30可包括多個連接埠(USB連接器)，則USB集線器30所具有的其中一連接埠可與USB介面裝置104相連接，USB集線器30所具有的其它二個連接埠，則分別與一主控制單元301、及一轉換單元303相連接，再者，USB集線器30更可設置多個擴充連接埠(圖中未繪示)，供以分別連接多個USB周邊裝置302；另，電子運算系統(10’、10”)亦可包含USB集線器30，於此不再贅述。

綜上所述，本創作所提出的電子運算系統，可讓具備USB連接埠的外部主機，僅需連接一USB傳輸線，並完成對應於圖形處理單元之驅動程式的安裝後，外部主機即可成功辨識到到電子運算系統的圖形處理單元，並讀取其運算資源，進而能提升外部主機執行圖形處理任務、或提升其執行通用運算任務的運算能力，尤其可提升該外部主機於虛擬/擴增/混合實境、雜湊演算(尤其是作為區塊練網路中的節點)、訓練機器學習模型等應用層面的運算效能；簡言之，本創作可讓使用者以較低的硬體建置成本，有效提升外部主機的運算能力，尤其更適於舊電腦的昇級。

再者，由於既有的外部主機(例如一筆記型電腦)為了符合輕薄的需求，很多設計必須作取捨，因此既有外部主機的內建顯示卡的功率會比較低，依此，既有外部主機只要外接本創作所提出的電子運算系統，即可有效提升外部主機的運算能力，同時又不失移動的方便性。

再者，外部主機可透過連接一USB匯集器，同時連結多個電子運算系統，以讓外部主機取得各電子運算系統的圖形處理單元的計算資源，且本創作之電子運算系統之內部更可設置一USB集線器，藉以支援多個USB周邊裝置的連線需求，進而使電子運算系統具備擴充性。

唯，以上所述者，僅為本創作之較佳之實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。

綜上所述，本創作係具有「產業利用性」、「新穎性」與「進步性」等專利要件；申請人爰依專利法之規定，向鈞局提起新型專利之申請。

Claims

一種具擴充性之電子運算系統，供以連接一外部主機，且該外部主機具有一USB連接埠，該電子運算系統包含：至少一圖形處理單元，具有一圖形記憶體，該圖形處理單元基於該外部主機的一請求指令，進行運算而產生一PCI-E訊號，且該請求指令為執行一圖形處理任務、或一通用運算任務；一轉換單元，與該圖形處理單元呈電性連接，供以接收該圖形處理單元所傳遞的該PCI-E訊號，並轉換為一USB訊號；一主控制單元，與該轉換單元呈電性連接，供以驅動該轉換單元作動；一USB介面裝置，分別與該主控制單元、及該轉換單元電性連接，供以接收該轉換單元所傳遞的該USB訊號，並透過一USB傳輸線，將該USB訊號傳遞至該外部主機的該USB連接埠；以及該USB連接埠供以將該USB訊號傳遞至該外部主機的一中央處理單元進行處理，以提升該外部主機執行該圖形處理任務、或該通用運算任務之運算能力。
如申請專利範圍第1項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，該圖形處理單元為二個以上，其分別與該轉換單元呈電性連接，以分別傳遞該PCI-E訊號至該轉換單元。
如申請專利範圍第1項所述的具擴充性之電子運算系統，一USB匯集器(Hub)設置於該外部主機、該電子運算系統、及另一電子運算系統之間，其中，該USB匯集器設置有一連接埠，供以連接至該外部主機的該USB連接埠，該USB匯集器更設置有其它連接埠，供以分別連接至該電子運算系統及另一該電子運算系統的該USB介面裝置。
如申請專利範圍第1項所述的具擴充性之電子運算系統，更包含一USB集線器(Hub)，該USB集線器所具有的一個連接埠與該USB介面裝置相連接，該USB集線器所具有的其它二個連接埠供以分別連接至該主控制單元、及該轉換單元。
如申請專利範圍第4項所述的具擴充性之電子運算系統，該USB集線器更設置有多個擴充連接埠，供以分別連接至多個USB周邊裝置。
如申請專利範圍第4項、或第5項所述的具擴充性之電子運算系統，一USB匯集器(Hub)設置於該外部主機、該電子運算系統、及另一電子運算系統之間，其中，該USB匯集器設置有一連接埠，供以連接至該外部主機的該USB連接埠，該USB匯集器更設置有其它連接埠，供以分別連接至該電子運算系統與另一該電子運算系統的該USB介面裝置。
如申請專利範圍第5項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，各該USB周邊裝置為一影像感測裝置、一通訊裝置、及一HID裝置之其中一種或其組合。
如申請專利範圍第7項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，該主控制單元與該影像感測裝置呈電性連接，供以從該影像感測裝置接收一影像訊號，以由該主控制單元傳遞至該圖形處理單元後，於該圖形處理單元執行該圖形處理任務。
如申請專利範圍第1項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，該圖形處理單元設置於一PCI-E介面槽，該PCI-E介面槽適配於一PCI-E x1介面、一PCI-E x2介面、一PCI-E x4介面、一PCI-E x8介面、及PCI-E x16介面之其中一種。