专利名称：带有gpu的计算机系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算才几系统，特别涉及带有GPU的计算机系统。
背景技术：
科学计算特别是超级计算在当今的科学研究、工程应用乃至经济社会 管理中发挥着愈来愈重要的作用。随着计算机技术的不断发展，高性能计 算机的发展也是日新月异，其峰值计算能力不断呈现跨越式发展的趋势。 目前主流的高性能计算机主要通过基于通用处理器CPU的结点机构建， 在各个结点机内，通过提高CPU主频或增加CPU核的数目来增强结点机
的计算能力，进而提高整个高性能计算机的计算能力。
在2007年底，随着图形加速卡(Graphic Processing Unit, GPU )在传 统高性能计算领域中的应用，GPU以其较CPU更强大的计算能力、内存 访问带宽以及更好的性价比而受到越来越多的青睐。以NVIDIA公司出品 的专门用于科学计算的TeslaC1060 GPU加速卡为例，该GPU加速卡具有 多达240个的计算核心，单精度理论峰值约是933 Gflops,内存访问带宽 是102 GB/s,而目前比较高端的Intel 3.0GHz的双核处理器单精度计算的 理论峰值只能达到48 Gflops,内存访问带宽最高也就达到约10GB/秒，两 者性能上的差异达几十倍甚至上百倍。利用GPU构建高性能计算机群在 成本上也有很大的降低，如使用CPU构建同等性能的计算机集群，价格 至少是GPU加速卡的几十倍，因此GPU相对于CPU具有很高的性价比。 此外，由于占地面积的减小以及耗电的减少，GPU在使用过程中的运行成 本也会比基于CPU的高性能集群系统低很多。使用GPU还能减少对环境 的影响，如噪声和辐射等都会相应降低。
在现有技术中，已经存在一.些利用GPU构建的相关设备，如NVIDIA 公司推出的S1070系统。该系统在1U (U代表机架式服务器的机箱高度， 1U=44.5 mm )的空间内安装了四块GPU加速卡，用以实现计算才几的加速运 算。但S1070系统并不能独立工作，只有将S1070系统通过专用线缆连接到 常见的计算机上以后才能在计算机控制下进行相应的工作。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有强大浮点计算能力与高性价比的
带有GPU部件的计算机系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种计算机系统，包括CPU 以及安装有GPU部件的主板；所述主板上包括有一个或多个PCI-Express X16插槽，所述插槽之间的距离不小于40毫米，所述GPU部件通过所述 插槽安装到所述主板上。
上述技术方案中，所述插槽采用开口方向与主板平面平行的桥接卡。
上述技术方案中，所述主板包括至少一个北桥芯片，所述北桥芯片至 少支持36条PCI-Express通道连接。
上述技术方案中，所述CPU至少有一个CPU核心对应所述GPU部件 中的一个GPU核心。
上述技术方案中，还包括电源，所述电源为大功率电源，所述电源直 才妄与所述GPU部件连接。
上述技术方案中，所述电源釆用多个12V的6pin和8pin接口与所述 GPU部件连接。
上述技术方案中，还包括专用于所述GPU部件的散热装置，所述散 热装置安装在正对所述GPU部件的位置。
上述技术方案中，所述GPU部件包括显示卡或图形加速卡。
本实用新型还提供了一种超级计算机系统，包括多个通过网络互联的 所述计算机系统。
本实用新型的优点在于
本实用新型具有很强的浮点计算能力与高性价比。
图1为本实用新型的计算机系统在一个实施例中的结构图； 图2为本实用新型的计算机系统在另一个实施例中的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步说明。 本实用新型的带有GPU的计算机系统在现有计算机系统的基础上，添加了 GPU部件，并针对GPU部件的要求对现有计算机系统加以改进。 下面将结合具体的实例对本实用新型的计算机系统的组成做详细说明。
本实用新型的计算机系统包括主板、CPU、硬盘、内存、电源、显示 器，还包括有GPU部件。如图1所示，所述的CPU、 GPU、内存都安装 在所述主板上，而所述硬盘与电源都与主板连接，从而形成计算机系统。
现有技术中的GPU部件可以分为两类， 一类是高端的显示卡，如 NVIDIA的Geforce系列的显示卡以及AMD的Radeon系列的显示卡；另 一类是专门用于高性能计算的图形加速卡，如NVIDIA的Tesla系列的GPU 加速卡和AMD的Firestream系列的GPU加速卡。无论是上述何种类型的 GPU部件，都可应用于本实用新型的计算^li系统。
GPU部件通常利用主板上现有的PCI-Express X16插槽安装到主板 上。由于GPU部件中配置了数量众多的计算核心和大容量的高速显存， 其计算发热量大，需要在GPU部件中配备专门的散热模块，因此GPU部 件的体积较现有计算机系统中所使用的显卡的体积更大。以NVIDIA 7〉司 的Geforce GTX295显示卡为例，该显示卡的外形尺寸的长、宽、高约是 267 x 37 x 111 mm，其长度大于常见的微型计算机主板的长度，而其宽度 也要占据主板上两个插槽的宽度。因此，若直接将现有计算机系统中的主 板应用于本实用新型的计算机系统中，则这些主板无法满足GPU部件的 安装要求。
要将GPU部件安装到主板上，本实用新型的计算机系统中的主板应 当满足以下条件PCI-Express X16插槽间的距离为常见插槽间距的两倍， 即不小于40mm;主板上PCI-Express XI6插槽的数量应当尽可能的多，以 安装更多的GPU部件，提供更高的性能。考虑到目前主板上的每个北桥 芯片最多只能支持36条PCI-Express通道连接，如果计算机上所配置的 GPU部件超过两个，则每个GPU部件实际利用的PCI-Express 4妄口位宽小 于16个通道。因此在一种优选实现方式中，如果计算机上所配置的GPU 部件超过两个，可以在主板上再增加一个北桥芯片，以提高PCI-Express 通道的传输带宽。
将GPU部件安装到主板上时，可以如图l所示，将所述GPU部件以 垂直于主板平面的方式插到PCI-Express X16插槽内。但采用此种方式安 装时，由于GPU部件本身的高度接近3U,因而提高了整个计算机系统的 整体高度，使得系统高度达到3U或4U。计算机系统高度的增加，意味着
5在有限安装体积下所能安装的计算机系统就会减少，从而降低集成度。例
如， 一般服务器机拒的高度为42U,若一台计算机的高度为4U,则在该服 务器机拒内最多可以安装10台这样的计算机，但若计算机的高度能够减 少到2U，则服务器机拒内所能安装的计算机可以达到21台，可见，同样 的占地面积，计算机系统的高度越小，则服务器机拒中所能集成的计算机 系统就越多。为了降低计算机系统的整体高度，在一种优选实现方式中， 在将GPU部件安装到主板上时可采用PCI-Express桥接卡，PCI-Express 桥接卡上的插槽的方向平行于主板平面，因此当将GPU部件插入所述插 槽内时，如图2所示，所述GPU部件的方向与主板平面平行，从而使得 整个计算机系统不受到GPU部件本身高度的影响。在将GPU部件水平安 装后，可将整个计算机系统的高度降低到2U。
在本实用新型的计算机系统内，计算机系统的计算能力主要由GPU 部件提供，而非CPU。所述CPU在本实用新型的计算机系统内主要起到 调度GPU运行的功能。因此，对计算机系统中所采用的CPU的配置要求 不高，只要满足每个GPU核心对应有一个CPU核心即可，而所采用的CPU 的主频的高低也不会对计算机系统的性能产生影响。由于当前在单台计算 机上一般最多能安装4个GPU部件，因此，为了提升计算机的计算性能， 可以采用包含有双GPU核心的GPU部件，如带有双GPU核心的GPU加 速卡，从而使得单台计算机上所具有的GPU核心超过四个。例如，使用 三至四个包含双GPU核心的加速卡，如NVIDIA的GTX295或AMD的 HD4870X2。为了与此类GPU部件相适应，计算机系统中可以使用两个 四核的CPU,或者可以使用支持超线程的四核CPU来虚拟8个CPU核心， 如Intel最新平台Nehalem的17系列的处理器。
由于本实用新型中所采用的GPU部件的功率较大，如NVDIA公司的 GeforceGTX295单卡的最大功率达到289W,与一台普通个人计算机的整 机功率相近，因此，本实用新型的计算机系统无法通过单独使用主板上的 PCI-Express来为所述的GPU部件供电，需要为GPU部件提供额外的电能。 在本实用新型中，可通过计算机上的电源直接为GPU部件供电，考虑到 GPU部件上一般提供有一个或两个12V的6PIN或8PIN外界电源接口 ， 因此本实用新型的计算机系统中所采用的电源应当包括有6PIN和8PIN的 接口，且所用电源为大功率电源。所述电源的功率大小与计算机系统内所 配置的GPU部件的个数有关，在一个实例中，若计算机系统内配置有一
6块GPU部件，则所述电源的功率在650 W左右，若计算机系统内配置有 两块GPU部件，则所述电源的功率在1000 W左右，若计算才几系统内配置 有三块GPU部件，则所述电源的功率在1200 W左右，若有四块GPU部 件，则所述电源的功率在1500 W左右。
本实用新型的计算机系统内的GPU部件具有很高的散热量，因此需 要在计算机机箱内为GPU部件配备专门的散热装置。在图1和图2的示 例中，都在机箱内正对GPU部件的位置安放一排12V的大流量、高转速 的冷却风扇，直接将冷空气导入到GPU部件的吸风口 ，从而实现了对GPU 部件的散热。所述风扇的供电来自主板上的风扇电源接口 ，通常GPU部 件内都配有温度探头，因此可以根据GPU部件自身的温度在系统主板的 BIOS里设置调控风扇供电电流的大小，乂人而根据GPU部件的温度自动调 控冷却风扇的转速。
本实用新型的计算机系统既可以工作在Windows操作系统下，也可以 工作在Linux系统下。但在使用GPU部件时，还要配置相应的运行环境才 能做高性能的计算。所述运行环境的配置与GPU部件的生产厂家有关， 不同的GPU部件有不同的运行环境。例如，NVIDIA公司出品的GPU加 速卡，需要采用CUDA (compute unified device architecture)开发环境。 AMD公司的GPU力口速卡，需要4吏用Brook+或者CAL( compute abstraction layer)流处理开发。
本实用新型的计算机系统既可以作为个人桌边的具有强大计算性能的 超级计算机使用，也可以作为超级计算系统的结点机使用。作为超级计算系 统的结点机时，可通过主板上集成的以太网卡将多个计算机系统互联起来， 从而构建百万亿次或千万亿次的超级计算系统。特别的，通过集成有 Infiniband网卡的系统主板或在主板上富余的PCI-E插槽中安装Infiniband网 卡，可以实现各结点机之间基于Infiniband网络的高速互联，获得更高的通 信带宽，从而提升超级计算系统的性能。如对于带有四个双槽位间距的 PCI-Express X16插槽的主板，如果作为个人桌边的超级计算机或利用集成 的千兆以太网网卡互联成超级计算系统，可以给每个计算机内配置四个GPU 加速卡，而如果要利用Infiniband网络以该计算机作为结点机构建超级计算 系统，则每个节点最多只能配置三块GPU加速卡，留下一个PCI-Express 插槽安装Infiniband网卡。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本 实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围 当中。
权利要求1、一种计算机系统，其特征在于，包括CPU以及安装有GPU部件的主板；所述主板上包括有一个或多个PCI-Express X16插槽，所述插槽之间的距离不小于40毫米，所述GPU部件通过所述插槽安装到所述主板上。
2、 根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述插槽采用开口方向与主板平面平行的桥接卡。
3、 根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述主板包括至少一个北桥芯片，所述北桥芯片至少支持36条PCI-Express通道连接。
4、 根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述CPU至少有一个CPU核心对应所述GPU部件中的一个GPU核心。
5、 根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，还包括电源，所述电源为大功率电源，所述电源直接与所述GPU部件连^^。
6、 根据权利要求5所述的计算机系统，其特征在于，所述电源采用多个12V的6pin和8pin接口与所述GPU部件连接。
7、 根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，还包括专用于所述GPU部件的散热装置，所述散热装置安装在正对所述GPU部件的位置。
8、 根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述GPU部件包括显示卡或图形加速卡。
9、 一种超级计算机系统，其特征在于，包括多个通过网络互联的所述权利要求1-8之一的计算机系统。
专利摘要本实用新型提供一种计算机系统，包括CPU以及安装有GPU部件的主板；所述主板上包括有一个或多个PCI-Express X16插槽，所述插槽之间的距离不小于40毫米，所述GPU部件通过所述插槽安装到所述主板上。本实用新型具有很强的浮点计算能力与高性价比。
文档编号G06F15/16GK201435029SQ20092010938
公开日2010年3月31日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者何险峰, 博 李, 李曦鹏, 李静海, 王小伟, 蔚 葛, 陈飞国 申请人:中国科学院过程工程研究所