一種基于atca架構(gòu)的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級(jí)計(jì)算機(jī)，具體地說涉及一種利用ATCA架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高密度、小體積、集群節(jié)點(diǎn)、多用途的高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)集群。
【背景技術(shù)】
[0002]ATCACAdvanced Telecom Computing Architecture)標(biāo)準(zhǔn)即先進(jìn)的電信計(jì)算平臺(tái)，它脫胎于在電信、航天、工業(yè)控制、醫(yī)療器械、智能交通、軍事裝備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的新一代主流工業(yè)計(jì)算技術(shù)一一CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)。是為下一代融合通信及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供的一個(gè)高性價(jià)比的，基于模塊化結(jié)構(gòu)的、兼容的、并可擴(kuò)展的硬件構(gòu)架。
[0003]超級(jí)計(jì)算機(jī)是能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無法處理的大資料量與高速運(yùn)算的電腦。其基本組成組件與個(gè)人電腦的概念無太大差異，但規(guī)格與性能則強(qiáng)大許多，是一種超大型電子計(jì)算機(jī)。具有很強(qiáng)的計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的能力，主要特點(diǎn)表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設(shè)備及豐富的、高功能的軟件系統(tǒng)。超級(jí)計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大的一類計(jì)算機(jī)，多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研宄，是一個(gè)國家科研實(shí)力的體現(xiàn)，它對(duì)國家安全，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的意義。是國家科技發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志。
[0004]以太網(wǎng)(Ethernet)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD (載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測)技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(10Mbit/s)、快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)和 10G (10Gbit/s)以太網(wǎng)。它們都符合 ffiEE802.3。
[0005]光纖網(wǎng)卡，光纖以太網(wǎng)網(wǎng)卡或光纖以太網(wǎng)適配器。傳輸協(xié)議為TCP/IP以太網(wǎng)協(xié)議，一般通過光纖線纜與光纖通道交換機(jī)連接。接口類型分為光口和電口。光口一般都是通過光纖線纜來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接口模塊一般為SFP (傳輸率2Gb/s)和GBIC (lGb/s)，對(duì)應(yīng)的接口為SC和LC。電口的接口類型一般為DB9針或HSSDC。
[0006]高性能計(jì)算(High Perfermance Computing)機(jī)群，簡稱HPC機(jī)群。這類機(jī)群主要解決大規(guī)?？茖W(xué)問題的計(jì)算和海量數(shù)據(jù)的處理，如科學(xué)研宄、氣象預(yù)報(bào)、計(jì)算模擬、軍事研宄、CFD/CAE、生物制藥、基因測序、圖像處理等等。
[0007]網(wǎng)絡(luò)交換是指通過一定的設(shè)備，如交換機(jī)等，將不同的信號(hào)或者信號(hào)形式轉(zhuǎn)換為對(duì)方可識(shí)別的信號(hào)類型從而達(dá)到通信目的的一種交換形式，常見的有:數(shù)據(jù)交換，線路交換，報(bào)文交換，分組交換。
[0008]以太網(wǎng)交換機(jī)是基于以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的交換機(jī)，以太網(wǎng)采用共享總線型傳輸媒體方式的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)是每個(gè)端口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)端口，使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無沖突地傳輸數(shù)據(jù)。
[0009]服務(wù)器，也稱伺服器。服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的高性能計(jì)算機(jī)，它偵聽網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)(客戶機(jī))提交的服務(wù)請求，并提供相應(yīng)的服務(wù)，為此，服務(wù)器必須具有承擔(dān)服務(wù)并且保障服務(wù)的能力。
[0010]IIC即Inter-1ntegrated Circuit (集成電路總線)，這種總線類型是由飛利浦半導(dǎo)體公司在八十年代初設(shè)計(jì)出來的，主要是用來連接整體電路(ICS)，IIC是一種多向控制總線，也就是說多個(gè)芯片可以連接到同一總線結(jié)構(gòu)下，同時(shí)每個(gè)芯片都可以作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂圃?。這種方式簡化了信號(hào)傳輸總線接口。
[0011]現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群往往體積非常龐大，密度不高，而且節(jié)點(diǎn)的規(guī)模和使用等等都非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是:提供一種基于ATCA架構(gòu)的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群，體積小，結(jié)構(gòu)新穎、緊湊、密度高，通過以太網(wǎng)對(duì)把所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)與管理服務(wù)器互聯(lián)，管理服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，節(jié)點(diǎn)規(guī)?？勺儯褂渺`活，控制方式成熟，系統(tǒng)穩(wěn)定。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于ATCA架構(gòu)的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群，ATCA機(jī)箱內(nèi)各計(jì)算刀片通過ATCA總線與交換刀片相連，所述交換刀片與核心交換機(jī)連接，所述核心交換機(jī)與管理服務(wù)器互聯(lián)。
[0014]優(yōu)選的，所述計(jì)算刀片通過多級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換進(jìn)行匯聚。
[0015]優(yōu)選的，所述計(jì)算刀片通過接插件連接計(jì)算節(jié)點(diǎn)條。
[0016]優(yōu)選的，所述交換刀片至少為一塊。
[0017]優(yōu)選的，所述交換刀片包括千兆PHY、萬兆PHY、交換芯片和管理芯片，所述千兆PHY接收從計(jì)算刀片匯聚來的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)；所述萬兆PHY為與ATCA機(jī)箱外部通訊的通道；所述交換芯片實(shí)現(xiàn)24個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)與2個(gè)萬兆網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換互聯(lián)；所述管理芯片負(fù)責(zé)管理控制與配置信息。
[0018]優(yōu)選的，所述計(jì)算刀片包括節(jié)點(diǎn)條接口、管理模塊、交換模塊和電源模塊；所述電源模塊由ATCA總線標(biāo)準(zhǔn)的48V供電，所述計(jì)算刀片設(shè)置有IIC接口，機(jī)箱管理板通過IIC總線與管理模塊進(jìn)行通訊，所述交換模塊是節(jié)點(diǎn)與計(jì)算刀片外的通訊通道，同時(shí)連接計(jì)算刀片內(nèi)部各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。
[0019]本發(fā)明的ATCA機(jī)箱內(nèi)各計(jì)算刀片通過ATCA總線與交換刀片相連，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián);ATCA總線是標(biāo)準(zhǔn)通用的總線結(jié)構(gòu)，性能穩(wěn)定，兼容性強(qiáng)；同時(shí)，ATCA總線支持可變數(shù)量的計(jì)算刀片同時(shí)工作，且對(duì)于計(jì)算刀片的位置以及計(jì)算刀片上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量無規(guī)定，應(yīng)用靈活，可根據(jù)不同的用途調(diào)整計(jì)算集群的規(guī)模及配置方案。計(jì)算刀片采用內(nèi)存條用的接插件連接計(jì)算節(jié)點(diǎn)條，性能穩(wěn)定，使用靈活，可根據(jù)需要更換不同功能的節(jié)點(diǎn)條，節(jié)省了計(jì)算集群的資源，同時(shí)擴(kuò)展了計(jì)算集群的應(yīng)用范圍，大幅度提高了計(jì)算集群的性價(jià)比。ATCA機(jī)箱與管理服務(wù)器之間采用萬兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)互聯(lián)，傳輸帶寬大，可擴(kuò)展性強(qiáng)，采用成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得傳輸性能穩(wěn)定并易于管理維護(hù)。管理板可以通過IIC總線對(duì)各個(gè)刀片和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的管理，可對(duì)單獨(dú)一個(gè)部分進(jìn)行維護(hù)管理，也可批量維護(hù)管理，大大的提高了計(jì)算集群的工作效率，降低了集群的維護(hù)成本。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是: 1.本發(fā)明采用了計(jì)算節(jié)點(diǎn)可重構(gòu)方案，可以靈活的決定集群的規(guī)模，也可以根據(jù)需求采用不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，不但可以成為不同專用領(lǐng)域的高性能計(jì)算集群，同時(shí)也提供了一個(gè)用途廣泛的超算平臺(tái)，提高了超算集群的性價(jià)比，增加了潛在的用戶群體。
[0021]2.本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎、緊湊、密度高，可低功耗、低成本地實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用的高效能計(jì)算，適應(yīng)范圍廣，性能穩(wěn)定，安全可靠。
[0022]3.本發(fā)明采用ATCA架構(gòu)，體積小，密度高，一個(gè)14U的ATCA機(jī)箱內(nèi)部最高可配置192個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，體積只相當(dāng)于3~4個(gè)小型通用服務(wù)器；本發(fā)明采用集群內(nèi)部全以太網(wǎng)絡(luò)通訊，傳輸性能穩(wěn)定，易于管理，開發(fā)難度低，應(yīng)用靈活；本發(fā)明采用了接插件連接可