一種基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構的設計方法
2023-08-13 01:54:26
一種基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構的設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構的設計方法，突破傳統整機櫃產品內部互聯傳輸帶寬的局限，首次將光互連技術用到整機櫃產品中，可以實現單點交換傳輸帶寬達到100Gb/s；將基於分布式網絡的全局共享式架構與傳統整機櫃產品架構進行融合，提出了一種整機櫃產品架構，其整個架構主要由計算資源池、存儲資源池和I/O資源池三部分組成；三者之間通過100G光網絡進行互連，整個整機櫃產品的資源被完全的池化，使得整系統的計算資源、存儲資源和I/O等資源根據需求進行動態的劃分和配置，從而達到系統資源的最優化配置。
【專利說明】一種基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構的設計方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及計算機技術，具體地說是一種基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構的設計方法。
【背景技術】
[0003]目前傳統的整機櫃產品體系結構均是採用基於電纜進行互連，互聯傳輸帶寬出現瓶頸，無法滿足隨著大數據時代的來臨對海量數據交換及處理的需求，並且網絡拓撲在部署後相對固定，變動成本很高，無法根據需求進行靈活的配置，同時系統中資源相對孤立，系統資源的池化程度低，造成系統資源限制、資源的有效利用率低。
[0004]隨著網絡數據量的爆炸式增長，對設備的處理能力也提出了很大的需求，以往傳統存儲伺服器和機架伺服器的架構設計，在計算、網絡和存儲能力的擴展性方面均遇到了瓶頸，因此整機櫃產品具有高密度、擴展靈活和便於維護的特點，特別受到數據中心或大型網際網路公司的青睞。隨著對數據傳輸量及傳輸速度的大幅提升，傳統電纜的傳輸方式已經不適合大數據傳輸的需要，而隨著光傳輸技術的發展，光作為高速傳輸介質更適合大數據傳輸的應用。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在 的不足之處，本發明提出了一種基於光交換和分布式網絡並支持全局共享式的整機櫃產品架構設計。
[0006]本發明所述一種基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，解決上述技術問題採用的技術方案如下:該整機櫃架構設計方法，突破傳統整機櫃產品內部互聯傳輸帶寬的局限，首次將光互連技術用到整機櫃產品中，可以實現單點交換傳輸帶寬達到100Gb/s ;將基於分布式網絡的全局共享式架構與傳統整機櫃產品架構進行融合,在融合後的新架構下，整個整機櫃產品的資源被完全的池化，使得整系統的計算資源、存儲資源和I/O等資源根據需求進行動態的劃分和配置，從而達到系統資源的最優化配置。
[0007]本方明所述基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，提出了一種基於光交換和分布式網絡並支持全局共享式的整機櫃產品架構,該整機櫃產品的整個架構主要由計算資源池、存儲資源池和I/O資源池三部分組成；其中，
所述計算資源池作為整機櫃產品中的核心處理部分，提供對數據的運算和處理，並結合分布式網絡提供面向整機櫃的計算資源；針對業務負載量的輕重，整個計算資源池中由若干重載計算模塊和輕載計算模塊組成；
所述存儲資源池提供分布式的存儲模式，為整個機櫃產品提供全局的磁碟數據存儲，存儲池可以滿足針對面向冷數據、熱數據和高速緩存等不同類型的存儲數據；所述存儲資源池包括若干個存儲模塊； 所述I/o資源池提供全局共享的I/O設備擴展能力以及支持標準的PCIe設備，同時可以支持圖形加速卡適用於圖像加速和應用性能加速的石油勘探、動漫渲染、科學計算以及地震處理等應用領域；所述I/O資源池包括若干個所述I/O模塊。
[0008]進一步，本方明中所述計算資源池、存儲資源池和I/O資源池三者之間通過IOOG光網絡進行互連，大幅增加通信帶寬，並有效降低延遲。
[0009]本發明所述基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法具有的有益效果:本體系架構的創新在於採用光互聯技術，可以使單點的數據交換帶寬達到lOOGb/s，同時將基於分布式網絡的全局共享式架構與傳統整機櫃產品架構進行融合，使得架構中計算、存儲、網絡和I/O資源完全池化，提高整個系統中資源的管理和使用效率；本方明所提出的整機櫃產品，具有高密度、IOOGb高傳輸帶寬、擴展靈活和便於維護的特點，特別受到數據中心或大型網際網路公司的青睞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]附圖1為所述整機櫃產品的體系架構原理圖；
附圖2為所述重載計算模塊架構圖；
附圖3為所述輕載計算模塊構架圖；
附圖4為所述存儲模塊架構圖；
附圖5為所述I/O模塊架構圖。
【具體實施方式】
[0011]參照說明書附圖和具體實施例，對本發明的基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法作以下詳細地說明。
[0012]本方明所述基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，突破傳統整機櫃產品內部互聯傳輸帶寬的局限，首次將光互連技術用到整機櫃產品中，可以實現單點交換傳輸帶寬達到100Gb/s ;將基於分布式網絡的全局共享式架構與傳統整機櫃產品架構進行融合，在融合後的新架構下，整個整機櫃產品的資源被完全的池化，使得整系統的計算資源、存儲資源和1/0等資源根據需求進行動態的劃分和配置，從而達到系統資源的最優化配置。
[0013]實施例:
本方明所述基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，提出了一種基於光交換和分布式網絡並支持全局共享式的整機櫃產品架構，該整機櫃產品的體系架構原理圖如圖1所示，整個架構主要由計算資源池、存儲資源池和I/o資源池三部分組成，所述計算資源池、存儲資源池和I/o資源池三者之間通過100G光網絡進行互連，大幅增加通信帶寬，並有效降低延遲。
[0014]下面分別對上述計算資源池、存儲資源池和1/0資源池進行詳細說明:
所述計算資源池作為整機櫃產品中的核心處理部分，提供對數據的運算和處理，並結合分布式網絡提供面向整機櫃的計算資源；針對業務負載量的輕重，整個計算資源池中由若干重載計算模塊和輕載計算模塊組成；每個計算模塊由存儲單元、處理單元、通信轉換單兀、分布式交換控制器和光傳送單兀5部分組成； 所述存儲單元與處理單元通過SMI總線進行連接，存儲單元用來存儲處理單元需要的數據，存儲帶寬可以達到16Gb/s ;重載計算模塊中的處理單元選用傳統X86架構的處理器，具備高頻率和高浮點運算性能，適用於對數據處理有較高要求的應用需求；輕載計算模塊中的處理單元採用ARM處理器，具有低功耗、低頻率的特點，用於對計算數據量不大的前端接入類應用；
處理單元與通信轉換單元直接進行連接，其中重載處理單元通過PCIe總線與通信轉換單元連接，而輕載處理單元通過Ethernet鏈路與通信轉換單元連接，通信轉換單元會將重載處理單元和輕載處理單元傳過來的信號統一轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe或Ethernet信號連接重載或輕載處理單元進行處理；光傳送單元負責光信號的接收和發送，所有單元通過光傳送單元實現IOOG光信號的全互連。
[0015]所述存儲資源池提供分布式的存儲模式，為整機櫃產品提供全局的磁碟數據存儲，存儲池可以滿足針對面向冷數據、熱數據和高速緩存等不同類型的存儲數據，所述存儲資源池包括若干個存儲模塊；每個存儲模塊由存儲單元、存儲處理單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單兀5部分組成；
其中，存儲單元與存儲處理單元通過SAS總線進行連接，I個存儲處理單元，可以支持16個存儲單元，每個存儲單元可以支持標準的SAS、SATA或SSD存儲介質；存儲處理單元中的處理單元採用ARM或ATOM處理器，具有低功耗、低頻率的特點，用於控制數據對存儲單元的寫入及讀出；
存儲處理單元與通信轉換單元直接通過PCIe總線進行連接，通信轉換單元會將存儲處理單元傳過來的PCIe信號統一轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時通信轉換單元也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號，並連接存儲處理單元進行處理；光傳送單元負責光信號的接收和發送，所有單元通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
[0016]所述I/O資源池提供全局共享的I/O設備擴展能力，所述I/O資源池包括若干個I/o模塊；每個I/O模塊由I/O擴展單元、I/O控制單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單兀5部分組成；
其中，I/o擴展單元與I/O控制單元通過PCIe總線進行連接，I個I/O擴展單元可以提供8個PCIe3.0 x8的擴展插槽，支持標準的PCIe擴展能力；1/0控制單元的處理單元採用X86架構的處理器，單個處理器最多可以提供40個PCIe的鏈路，用於I/O的擴展；
I/O控制單元與通信轉換單元直接進行連接，通信轉換單元會將I/O控制單元傳過來的PCIe信號統一轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號連接I/O控制單元進行處理；光傳送單元負責光信號的接收和發送，所有單元通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
[0017]附圖2為所述重載計算模塊架構圖，如附圖2所示，每個重載計算模塊由存儲單元、重載處理單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成；
其中存儲單元與重載處理單元通過SMI總線進行連接，用來存儲重載處理單元需要的數據，存儲帶寬可以達到16Gb/s ；
重載處理單元中的處理單元選用傳統X86架構的處理器，具備高頻率和高浮點運算性能，適用於對數據處理有較高要求的應用需求； 重載處理單元與通信轉換單元直接進行連接，且重載處理單元通過PCIe總線與通信轉換單元連接，通信轉換單元會將重載處理單元傳過來的PCIe信號轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時，通信轉換單元也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號，並連接重載處理單元進行處理。
[0018]附圖3為所述輕載計算模塊構架圖，如附圖3所示，每個輕載計算模塊由存儲單元、輕載處理單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成；
其中存儲單元與輕載處理單元通過SMI總線進行連接，用來存儲輕載處理單元需要的數據，存儲帶寬可以達到16Gb/s ；
輕載處理單元中的處理單元採用ARM處理器，具有低功耗、低頻率的特點，用於對計算數據量不大的前端接入類應用；
輕載處理單元與通信轉換單元直接進行連接，且輕載處理單元通過Ethernet鏈路與通信轉換單元連接，通信轉換單元會將輕載處理單元傳過來的信號轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時也將由光傳送單元傳來的信號轉換為Ethernet信號連接輕載處理單元進行處理；
光傳送單元負責光信號的接收和發送，所有單元通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
[0019]附圖4為所述存儲模塊架構圖，如附圖4所示，每個存儲模塊由存儲單元、存儲處理單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成，其中存儲單元與存儲處理單元通過SAS總線進行連接；I個存儲處理單元，可以支持16個存儲單元，每個存儲單元可以支持標準的SAS、SATA或SSD存儲介質；
存儲處理單元中的處理單元採用ARM或ATOM處理器，具有低功耗、低頻率的特點，用於控制數據對存儲單元的寫入及讀出；存儲處理單元與通信轉換單元直接通過PCIe總線進行連接，通信轉換單元會將存儲處理單元傳過來的PCIe信號統一轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號連接存儲處理單元進行處理；光傳送單元負責光信號的接收和發送，所有單元通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
[0020]附圖5為所述I/O模塊架構圖，如附圖5所示，每個I/O模塊由I/O擴展單元、I/O控制單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成，其中I/O擴展單元與I/O控制單元通過PCIe總線進行連接，I個I/O擴展單元可以提供8個PCIe3.0 x8的擴展插槽，支持標準的PCIe擴展能力；I/O控制單元的處理單元採用X86架構的處理器，單個處理器最多可以提供40個PCIe的鏈路，用於I/O的擴展；
I/O控制單元與通信轉換單元直接進行連接，通信轉換單元會將I/O控制單元傳過來的PCIe信號統一轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號連接I/O控制單元進行處理。光傳送單元負責光信號的接收和發送，所有單元通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
[0021]綜上可知，本方明一種基於光交換和分布式網絡並支持全局共享式的整機櫃產品架構設計方法，其特性在於一方面突破傳統整機櫃產品內部互聯傳輸帶寬的局限，首次將光互連技術用到整機櫃產品中，可以實現單點交換傳輸帶寬達到100Gb/S ;另一方面在業界第一個提出將基於分布式網絡的全局共享式架構與傳統整機櫃產品架構進行融合，在融合後的新架構下，整個整機櫃產品的資源被完全的池化，支持計算資源池化、存儲資源池化、網絡資源池化、I/o資源池化和緩存資源池化，使得整系統的計算資源、存儲資源和I/O等資源根據需求進行動態的劃分和配置，從而達到系統資源的最優化配置。
[0022]上述【具體實施方式】僅是本發明的具體個案，本發明的專利保護範圍包括但不限於上述【具體實施方式】，任何符合本發明的權利要求書的且任何所屬【技術領域】的普通技術人員對其所做的適當變化或替換，皆應落入本發明的專利保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構的設計方法，其特徵在於，該整機櫃架構設計方法，突破傳統整機櫃產品內部互聯傳輸帶寬的局限，將光互連技術用到整機櫃產品中，單點交換傳輸帶寬能夠達到100Gb/S ;將基於分布式網絡的全局共享式架構與傳統整機櫃產品架構進行融合，在融合後的新架構下，該整機櫃產品的資源被完全的池化，整個系統的計算資源、存儲資源和I/O資源根據需求能夠進行動態的劃分和配置； 該整機櫃架構設計方法，提出了一種基於光交換和分布式網絡並支持全局共享式的整機櫃產品架構，該整機櫃產品的整個架構主要由計算資源池、存儲資源池和I/O資源池三部分組成；其中， 所述計算資源池作為整機櫃產品中的核心處理部分，提供對數據的運算和處理，並結合分布式網絡提供面向整機櫃的計算資源；針對業務負載量的輕重，整個計算資源池中由若干重載計算模塊和輕載計算模塊組成； 所述存儲資源池提供分布式的存儲模式，為整機櫃產品提供全局的磁碟數據存儲，存儲池能夠滿足針對面向冷數據、熱數據和高速緩存不同類型的存儲數據；所述存儲資源池包括若干個存儲模塊； 所述I/o資源池提供全局共享的I/O設備擴展能力以及支持標準的PCIe設備，同時能夠支持圖形加速卡；所述I/O資源池包括若干個I/O模塊； 同時，所述計算資源池、存儲資源池和I/O資源池三者之間通過IOOG光網絡進行互連。
2.根據權利要求1所述的基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，其特徵在於，每個重載計算模塊由存儲單元、重載處理單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成； 其中存儲單元與重載處理單元通過SMI總線進行連接，存儲單元用來存儲重載處理單元需要的數據，存儲帶寬能夠達到16Gb/s ； 重載處理單元中的處理單元選用傳統X86架構的處理器； 重載處理單元與通信轉換單元直接通過PCIe總線進行連接，通信轉換單元會將重載處理單元傳過來的PCIe信號轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸；同時，通信轉換單元也將光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號，並連接重載處理單元進行處理； 光傳送單元負責光信號的接收和發送，所述存儲單元、重載處理單元、通信轉換單元和分布式交換控制器通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
3.根據權利要求1所述的基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，其特徵在於，每個輕載計算模塊由存儲單元、輕載處理單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成； 其中存儲單元與輕載處理單元通過SMI總線進行連接，存儲單元用來存儲輕載處理單元需要的數據，存儲帶寬能夠達到16Gb/s ； 輕載處理單元中的處理單元採用ARM處理器； 輕載處理單元與通信轉換單元直接通過Ethernet鏈路進行連接，通信轉換單元會將輕載處理單元傳過來的Ethernet信號轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸；同時通信轉換單元也將由光傳送單元傳來的信號轉換為Ethernet信號，並連接輕載處理單元進行處理； 光傳送單元負責光信號的接收和發送，所述存儲單元、輕載處理單元、通信轉換單元和分布式交換控制器通過光傳送單元實現IOOG光信號的全互連。
4.根據權利要求1所述的基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，其特徵在於，每個存儲模塊由存儲單元、存儲處理單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成； 其中存儲單元與存儲處理單元通過SAS總線進行連接；I個存儲處理單元，能夠支持16個存儲單元，每個存儲單元能夠支持標準的SAS、SATA或SSD存儲介質；存儲處理單元中的處理單元採用ARM 或ATOM處理器，用於控制數據對存儲單元的寫入及讀出； 存儲處理單元與通信轉換單元直接通過PCIe總線進行連接，通信轉換單元會將存儲處理單兀傳過來的PCIe信號統一轉換為光信號，再由光傳送單兀進行傳輸，同時也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號，並連接存儲處理單元進行處理； 光傳送單元負責光信號的接收和發送，所述存儲單元、存儲處理單元、通信轉換單元和分布式交換控制器通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
5.根據權利要求1所述的基於光交換和分布式網絡的整機櫃架構設計方法，其特徵在於，每個I/O模塊由I/O擴展單元、I/O控制單元、通信轉換單元、分布式交換控制器和光傳送單元5部分組成； 其中I/O擴展單元與I/O控制單元通過PCIe總線進行連接，I個I/O擴展單元能夠提供8個PCIe3.0 x8的擴展插槽，支持標準的PCIe擴展能力；I/O控制單元的處理單元採用X86架構的處理器，單個處理器最多能夠提供40個PCIe的鏈路，用於I/O的擴展； I/O控制單元與通信轉換單元直接進行連接，通信轉換單元會將I/O控制單元傳過來的PCIe信號統一轉換為光信號，再由光傳送單元進行傳輸，同時通信轉換單元也將由光傳送單元傳來的信號轉換為PCIe信號，並連接I/O控制單元進行處理； 光傳送單元負責光信號的接收和發送，所述I/O擴展單元、I/O控制單元、通信轉換單元和分布式交換控制器通過光傳送單元實現100G光信號的全互連。
【文檔編號】H04L12/28GK103984660SQ201410210568
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】王磊 申請人:浪潮電子信息產業股份有限公司