专利名称：基于龙芯cpu和北桥芯片sr5690的刀片服务器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于刀片服务器领域，具体涉及一种基于龙芯CPU和北桥芯片SR5690的刀片服务器。
背景技术：
目前已知的龙芯3号系列CPU包括4核心3A，8核心3B，8核或者16核心3C CPU。龙芯3A CPU已经量产，其他两种CPU还处于研发样片阶段。 龙芯3号系列CPU的出现打破了中国高性能服务器领域无芯的尴尬局面，把中国的IT行业带上了一个新的高度。但接下来面临一个严峻的问题就是CPU的产业化问题，如果解决不好产业化的问题，那龙芯CPU仍是一个不能实用只是概念意义的CPU，只能停留在实验室里。由于龙芯3号系列CPU面世的时间短，所以各种配套的应用方案有待于进一步完善。如何找到适配龙芯CPU的芯片并解决他们在服务器中的应用技术是使龙芯CPU在服务器市场进行广泛应用的一个重要前提。因此，迫切的需要本领域技术人员开发出一款基于龙芯CPU的刀片服务器。
实用新型内容自从龙芯3A CPU面世后，应用方案很少。因此，本实用新型提出了一种基于龙芯CPU的刀片服务器，其为龙芯CPU的实用提供了一种很好的解决方案。本实用新型是通过如下技术方案实现的—种基于龙芯CPU和北桥芯片SR5690的刀片服务器,包括设置于机箱中的电源、中板以及插接于中板上的各刀片，所述机箱的前面板上设有外设接口，所述刀片上设有龙芯CPU、北桥芯片SR5690、南桥芯片SP5100、内存、网卡、显卡和刀片管理子卡；所述北桥芯片SR5690通过HT总线、A-Link总线、PCIE总线分别与龙芯CPU、南桥芯片SP5100和网卡相连接，所述显卡通过PCI总线与南桥芯片SP5100相连接，所述龙芯CPU通过自带的内存控制器与内存相连接。进一步地，所述中板上设有管理单元、交换单元、IOE单元和IB单元。进一步地，所述管理单元采用P0WERPC405芯片，其通过USB接口与南桥芯片SP5100相连、且通过VGA总线与显卡相连，所述管理单元与刀片管理子卡间通过RS485总线进行通讯。进一步地，所述交换单元采用千兆以太网交换芯片，所述网卡通过千兆网卡接口与交换单元相连。进一步地，所述IOE单元采用IO扩展接口、其上集成有10个PCIE16X插槽，所述北桥芯片SR5690通过PCIE16x总线与IOE单元相连；所述IB单元采用MT25408芯片，所述北桥芯片SR5690通过PCIE8x总线与IB单元相连。进一步地，所述刀片上进一步设有温度采集单元和电压采集电路，所述刀片管理子卡接收温度采集单元所采集的温度信息以及电压采集电路所采集的电压信息，并通过RS485总线传至管理单元。进一步地，所述刀片上进一步设有开、关机电路和报警电路，所述刀片管理子卡接收开、关机电路所发出的开机或关机命令以及警报电路所发出的报警提示，通过RS485总
线传至管理单元。进一步地，所述刀片上设有两个龙芯CPU，组成对称多处理架构；即一个为主CPU，另一个为从CPU，两个龙芯CPU之间通过HT总线相连。进一步地，所述外设接口包括硬盘插槽、USB接口和VGA接口，所述硬盘插槽与南桥芯片SP5100相连，所述USB接口通过南桥芯片SP5100与管理单元相连，所述VGA接口通过显卡与管理单元相连。进一步地，所述机箱的前面板上进一步设有信号灯和开机按钮，所述信号灯和开机按钮分别与刀片管理子卡相连。本实用新型的有益效果在于I)该刀片服务器采用龙芯CPU+北桥芯片SR5690+南桥芯片SP5100的组合，是第一次提出，为解决龙芯CPU应用找到了一种很好的途径；2)该刀片服务器具有高IO带宽的能力，不仅支持多种多样的IO接口，还支持2个千兆网络、I个40Gbps infiniband网口、任何标准的全高全长的PCIE卡；3)该刀片服务器可以采用两个龙芯CPU的结构，组成对称多处理架构(简称SMP架构)，SMP架构可以实现双CPU和单CPU两种不同配置的灵活转换正常情况下，一个为主CPU,另一个为从CPU ;不安装从CPU时，通过在BIOS层禁掉主CPU与从CPU之间的HT总线，SMP架构就变为单CPU的配置；4)该刀片服务器通过在前面板设置VGA 口以及在中板上设置管理单元，实现本地VGA显示和远程VGA显示，方便了用户的不同需求；另外通过在前面板设置外设接口(即2个USB接口)、通过南桥芯片SP5100连接到管理单元可以实现本地USB功能和远程USB功能，方便了用户的不同需求。此外，该刀片服务器还设计了温度监视、电压监视、开关机、报警等部件，自动了保障了刀片的安全运行。
图I是本实用新型中刀片服务器实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的刀片服务器做进一步详细的说明。如图I所示，该刀片服务器主要包括设置于机箱中的电源、中板和多个插接于中板上的刀片(即龙芯刀片)。中板上设有管理单元、交换单元、IOE单元和IB单元；管理单元通过刀片上的显卡与机箱前面板上的VGA接口相连、且通过刀片上的南桥芯片SP5100与前面板上的外设接口相连、还通过RS485总线与刀片上的刀片管理子卡相连，交换单元与网卡相连，IOE单元和IB单元分别与北桥芯片SR5690相连；刀片上设有龙芯CPU、北桥芯片SR5690、南桥芯片SP5100、内存、网卡、显卡和刀片管理子卡；北桥芯片SR5690分别与龙芯CPU、SP5100南桥芯片和网卡相连接，显卡与SP5100南桥芯片相连接，龙芯CPU与内存相连接，刀片管理子卡与中板上的管理单元进行信息传输和通讯；机箱的前面板上还设有硬盘插槽、外设接口(即图中USB接口)、VGA接口、指示灯(即图中错误灯)和开机按钮；硬盘槽与南桥芯片SP5100相连，信号灯和开机按钮分别与刀片上的。下面对本例的刀片服务器中各部件进行详细说明如下图I示出了龙芯刀片的结构，该龙芯CPU可采用龙芯3A CPU、龙芯3B或龙芯3CCPUo从整体架构上来说,龙芯刀片通过自身的接插件connector插在中板(midplane)的connector上,然后通过中板与后面的管理单元、交换单元、I0E(I0 Expander, IO拓展单 元)单元、IB (InfiniBand,无限带宽网络)单元相连。相关技术背景介绍龙芯CPU (3A/3B)具有 2 个 16 位的 HT (Hyper Transport) bus,分别标识为 HTObus 和 HTl bus οIOE单元是10拓展单元，采用10扩展接口，上面集成了 10个PCIE16X的slot(槽)，可以插入任何标准全高全长PCIE卡。IB单元是把PCIE bus转换为IB (Inf iniBand，无限带宽网络)协议的模块，可采用melIanox公司的MT25408芯片。管理单元是收集、监视刀片运行信息，控制刀片运行的模块，可以通过以太网远程控制。下面将基于龙芯CPU (3A/3B)的刀片简称刀片。此刀片主要包括两大部分基本功能部分和管理监控部分。管理监控部分主要包括刀片管理子卡和管理单元，如图I所示。一.基本功能部分的构成如下I)2个龙芯CPU(型号为 3A或 3B CPU),组成 SMP (Symmetrical Multi-Processing,对称多处理)架构，其中一个是主CPU(host)，另一个是从CPU(slave)。主CPU的HTO bus与从 CPU 的 HTO bus 相连,主 CPU 的 HTl bus 与 AMD chipsets 相连。AMD chipsets 是指北桥芯片SR5690，南桥芯片SP5100。此专利也包含了只有一个CPU的情况，即去掉slave CPU,只有host CPU。SMP架构和单CPU两种不同配置情况可以灵活的转换不安装slave CPU，通过在BIOS层禁掉主CPU的ΗΤ0，SMP架构就变为单CPU的配置。2)内存龙芯刀片支持8条DDR2内存或者DDR3，每个CPU支持4条内存，每条内存容量可达到4GB。龙芯CPU(3A或者3B CPU)有2个内存控制器，每个内存控制器上连接2条内存。3) AMD chipsetsAMD chipsets包括北桥芯片SR5690和南桥芯片SP5100，SR5690通过HT总线与龙芯3A/3B host CPU的HTO bus相连。北桥芯片SR5690和南桥芯片SP5100之间通过A-Link总线(AMD由PCIE4X拓展成的协议)相连。SR5690 的 PCI-E bus 有 421anes (42X)，其中一个 PCIE16X bus 通过中板引向 IOE单元，另一个PCIE8X通过中板引向IB单元，还有一个PCIE4X通过BCM5709S产生两个千兆网卡接口。4)网卡(千兆以太网)利用fcoadcom公司一款BCM5709S芯片来产生千兆以太网络。BCM5709S具有PCIE4X的接口，连接北桥SR5690的PCIE4X bus ;它还有2个千兆serdes接口，通过中板连接交换单元。每个千兆serdes接口只有一对发送差分线和一对接收差分线，信号线少，有利于刀片的PCB布线。双千兆网络的设计，增强了刀片的IO吞吐能力，当一个千兆网络口坏掉后，另一个网络口能继续使用，增强了系统的冗余度。5) Infiniband 网络北桥芯片的一个PCIE8X通过中板引入IB单元。IB单元上有一个HCA(HostChannel Adapter) IC (型号 MT25408)，此 HCA IC 把 PCIE8X bus 转换成 Infiniband 网络，·通过IB单元向外提供单向可达40Gbps的infiniband网络口。Infiniband网络具有高带宽、低延迟的特点，是目前绝大部分HPC计算机采用的网络。本专利的此种设计，使龙芯3A刀片具备了搭建HPC计算机的网络条件。6 ) PCIE 设备北桥的一个PCIE16X bus通过中板连接到IOE单元上一个PCIE16X slot。借助于IOE单元可以支持任何标准的全高全长(全高111. 15mm,全长312. OOmm)的PCIE卡，当然向下兼容更小尺寸的标准PCIE卡，例如全高半长、半高半长标准PCIE卡。这大大方便了用户，用户可以随意在市场上购买标准的PCIE卡就能插入IOE单元，而不用向刀片厂商购买或定制特制的PCIE卡。目前大部分的刀片厂商，例如IBM、HP，所支持的PCIE卡是在刀片自身空间上实现的，但刀片自身空间厚度不到IU(44. 45mm)，所以这些厂商为了支持PCIE卡只能采用特制、定制的卡来实现，供应商单一、功能单一，用户不能选择市场上标准的多种多样的PCIE卡，造成功能受限、价格昂贵。龙芯刀片通过把PCIE16X bus引入到IOE单元上来支持标准的全高全长PCIE设备。IOE单元空间宽余，能支持全高全长标准的PCIE卡。7)显卡此刀片利用在南桥芯片SP5100的PCI bus上所连的显卡IC提供的VGA信号，如图I中所标示的VGAl。从显卡切换IC输出的VGA—路引向前面板上的VGA 口，可以本地显示，另一路经过中板引向管理单元，可以通过千兆网络进行远程VGA显示。此设计提供了两种灵活的VGA
显示方案。8)设在机箱前面板上的外设接口、指示灯和开机按钮外设接口包括硬盘插槽、USB接口和VGA接口由南桥芯片SP5100引出2条SATA bus到机箱前面板(Front Panel)的硬盘插槽上，可以支持和实现2块热插拔SATA硬盘。由于硬盘插槽在前面板上，用户可以方便的插拔硬盘，操作方便；通过在软件上进行相应的编程，可以实现在刀片运行的过程中对硬件进行热插拔操作，即热插拔功能。所以本专利的硬盘架构设计保证和实现了热插拔的特性。从SP5100南桥芯片引出了 4个USB 口，其中2个USB通过中板引入到管理单元，另外2个USB 口引入刀片的前面板上。这样设计的优势是用户可以在本地，即在到刀片前面，可以使用USB设备，例如USB光驱、USB键盘鼠标、U盘，也可以通过以太网远程通过管理单元使用刀片的USB 口。这些设计方便了用户多样化操作需求。VGA接口，用于本地显示，其通过刀片上的显卡与中板上的管理单元相连。指示灯(即图I中的错误灯)，用来报警，其与刀片上的刀片管理子卡相连。开机按钮，与刀片上的刀片管理子卡相连。二.管理监控部分的构成如下I)温度采集单元风向是从前面板流向中板。 本例的温度采集单元是通过在此刀片上布置6个温度采集点来实现的。在进风口布置2个测试点Tl、T2，原则是尽量靠近前面板，且在板子两侧，尽可能真实的反映进风温度；在刀片的出风口布置2个测试点T5、T6，原则是尽量靠近中板，在板子两侧各自布置一个，原则上能反映出风的问题；在此板子上散热的最大的器件，即CPU边放置2个测温点T3、T4，用来监控预警CPU过热状态。这些测温点的数据被刀片管理子卡收集，然后通过RS485 bus传给管理单元，由管理单元来判断温度是否异常。如果温度异常，管理单元通过RS485 bus通知刀片管理子卡，然后由刀片管理子卡点亮刀片前面板上的错误灯，让错误灯间断闪烁红色，进行报警。2)电压采集电路把刀片上供电系统(power system)的电压12V、3. 3V、1. 1V、1. 8V、2. 5V引入刀片管理子卡监控，刀片管理子卡采集电压信息，然后通过RS485 bus传给管理单元，由管理单元来判断电压是否异常。如果电压异常，管理单元通过RS485 bus通知刀片管理子卡，然后由刀片管理子卡点亮刀片前面板上的错误灯，错误灯会一直显示蓝色。3)开机和关机电路开机按钮在前面板上，开机的按钮发出的开机或者关机命令传给刀片管理子卡，由刀片管理子卡收集，然后通过RS485 bus传给管理单元，由管理单元来判断此刀片在那时是否具备开机或者关机条件。如果具备开关机条件，管理单元通过RS485 bus通知刀片管理子卡，让刀片管理子卡控制主板开关机电路执行开机或者关机动作。4)报警电路错误灯在前面板上，错误灯是一个双色灯，用不同的颜色区别不同的故障。当主板温度异常时会间断的闪烁红色；当主板的电压异常时，会常亮蓝色。错误灯的显示由刀片管理子卡和管理单元控制，上面已经阐述。5)刀片管理子卡电路刀片管理子卡和管理单元配合负责监视主板的温度和电压信息，并控制主板的开关机，对主板的温度异常、电压异常控制前面板的错误灯进行报警显示。刀片管理子卡和管理单元之间通过RS485 bus进行通讯，两者之间传输的信息是温度信息、电压信息、开关机信息、报警信息、VGA切换信息。刀片管理子卡可采用ATMEL公司的AT89S52芯片和PHILIPS公司的LPC2132芯片；管理单元可采用IBM公司的P0WERPC405芯片。最后应该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对其限制，结合上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解到 本领域技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
权利要求1.一种基于龙芯CPU和北桥芯片SR5690的刀片服务器,包括设置于机箱中的电源、中板以及插接于中板上的各刀片，所述机箱的前面板上设有外设接口，其特征在于所述刀片上设有龙芯CPU、北桥芯片SR5690、南桥芯片SP5100、内存、网卡、显卡和刀片管理子卡；所述北桥芯片SR5690通过HT总线、A-Link总线、PCIE总线分别与龙芯CPU、南桥芯片SP5100和网卡相连接，所述显卡通过PCI总线与南桥芯片SP5100相连接，所述龙芯CPU通过自带的内存控制器与内存相连接。
2.如权利要求I所述的刀片服务器，其特征在于所述中板上设有管理单元、交换单元、IOE单元和IB单元。
3.如权利要求2所述的刀片服务器， 其特征在于所述管理单元采用P0WERPC405芯片，其通过USB接口与南桥芯片SP5100相连、且通过VGA总线与显卡相连，所述管理单元与刀片管理子卡间通过RS485总线进行通讯。
4.如权利要求2所述的刀片服务器，其特征在于所述交换单元采用千兆以太网交换芯片，所述网卡通过千兆网卡接口与交换单元相连。
5.如权利要求2所述的刀片服务器，其特征在于所述IOE单元采用IO扩展接口、其上集成有10个PCIE16X插槽，所述北桥芯片SR5690通过PCIE16x总线与IOE单元相连；所述IB单元采用MT25408芯片，所述北桥芯片SR5690通过PCIE8x总线与IB单元相连。
6.如权利要求I所述的刀片服务器，其特征在于所述刀片上进一步设有温度采集单元和电压采集电路，所述刀片管理子卡接收温度采集单元所采集的温度信息以及电压采集电路所采集的电压信息，并通过RS485总线传至管理单元。
7.如权利要求6所述的刀片服务器，其特征在于所述刀片上进一步设有开、关机电路和报警电路，所述刀片管理子卡接收开、关机电路所发出的开机或关机命令以及警报电路所发出的报警提示，通过RS485总线传至管理单元。
8.如权利要求I所述的刀片服务器，其特征在于所述刀片上设有两个龙芯CPU，组成对 称多处理架构；即一个为主CPU，另一个为从CPU，两个龙芯CPU之间通过HT总线相连。
9.如权利要求I所述的刀片服务器，其特征在于所述外设接口包括硬盘插槽、USB接口和VGA接口，所述硬盘插槽与南桥芯片SP5100相连，所述USB接口通过南桥芯片SP5100与管理单元相连，所述VGA接口通过显卡与管理单元相连。
10.如权利要求I所述的刀片服务器，其特征在于所述机箱的前面板上进一步设有信号灯和开机按钮，所述信号灯和开机按钮分别与刀片管理子卡相连。
专利摘要本实用新型提出一种基于龙芯CPU和北桥芯片SR5690的刀片服务器，其包括设置于机箱中的电源、中板以及插接于中板上的各刀片，机箱的前面板上设有外设接口，所述刀片上设有龙芯CPU、北桥芯片SR5690、南桥芯片SP5100、内存、网卡、显卡和刀片管理子卡；北桥芯片SR56790分别与龙芯CPU、南桥芯片SP5100和网卡相连接，显卡与南桥芯片SP5100相连接，龙芯CPU与内存相连接。该刀片服务器采用龙芯CPU+北桥芯片SR5690+南桥芯片SP5100的组合，为解决龙芯CPU应用找到了一种良好的解决途径。
文档编号G06F1/16GK202771302SQ20122024724
公开日2013年3月6日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者郑臣明, 邵宗有, 沙超群, 李永成 申请人:曙光信息产业股份有限公司