專利名稱：輸入輸出能力增強的可重構微服務器的制作方法
技術領域：
本發明涉及計算技術領域，更具體地說，本發明涉及一種輸入輸出能力增強的可 重構微服務器。
背景技術：
隨著數據中心和企業級領域的服務器規模的不斷增大，數據中心和大系統能效低 下的問題愈發突出和嚴重，系統功耗無謂消耗和浪費，數據中心的功耗利用率不足10%，由 此帶來的總體成本問題也越發突出。有數據顯示，全球每年服務器消耗的能源費用已經占 到了服務器采購費用的一半。
在這樣的背景下，微服務器(Micro Server)逐漸進入人們的視野，其概念的提出 最早可以追溯到2009年，它是在英特爾關于云數據中心對低功耗服務器需求的基礎上倡 導的一種創新理念，包括英特爾、AMD、ARM在內的主要處理器廠商都推出了面向微服務器應 用的低功耗處理器，HP、Dell等主要服務器廠商也相繼推出了其微服務器產品。微服務器 采用新型的低功耗處理器，相比傳統服務器能效更高，體積更小，因此在相同尺寸的機箱內 集成密度更高，目前主要用于對計算資源需求較小的獨立主機、靜態Web頁面支持等網絡 服務。
目前的微服務器為了提高系統的能效和節點密度，主要采用低功耗處理器或其它 低功耗小型化器件來構建系統，導致其在計算能力、存儲能力、I/o (輸入輸出)能力等各方 面的絕對性能低于現有的標準服務器，限制了微服務器的應用和推廣。
因此，希望能夠提供一種輸入輸出能力增強的并且不會造成系統功耗無謂消耗和 浪費的服務器。發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種輸入輸出 能力增強的并且不會造成系統功耗無謂消耗和浪費的服務器。
根據本發明，提供了一種輸入輸出能力增強的可重構微服務器，包括微處理器、 系統總線、內存、可重構加速部件以及輸入輸出外設；其中，微處理器、內存和輸入輸出外設 連接至系統總線，從而微處理器通過系統總線與內存和輸入輸出外設進行數據交換；而且， 微處理器直接連接至可重構加速部件；并且，可重構加速部件連接至系統總線，從而通過系 統總線與內存和輸入輸出外設進行數據交換；其中，可重構加速部件包括可重構運算加 速模塊、多個可重構I/O增強單元、以及與所述可重構I/O增強單元中的每一個單獨連接的 多個I/o控制器；其中，所述多個可重構I/O增強單元連接至可重構運算加速模塊；而且其 中，所述可重構I/o增強單元中的每一個的對應的多個I/O控制器連接至具有相同資源類 型的各種接口標準或相同接口標準的I/o設備，由此所述可重構I/O增強單元中的每一個 及其對應的多個I/o控制器用于控制與具有相同資源類型的I/O設備之間的數據交換。
“具有相同資源類型的各種I/o接口標準或相同接口標準的I/O設備”的意思就是說，比如硬盤，不管是SATA的還是IDE的，都可以作為硬盤資源，通過各自的接口控制器連 接在同一個IO增強單元上進行統一管理。
優選地，可重構運算加速模塊和多個可重構I/O增強單元連接至系統總線以進行 數據交換。
優選地，可重構加速部件由可編程邏輯器件實現。
優選地，可重構加速部件由FPGA實現。
優選地，可重構運算加速模塊用于通過定制專用的硬件加速計算結構，協助或取 代微處理器完成相應的運算處理功能。
優選地，所述可重構I/O增強單元還用于將連接在可重構加速模塊上的獨占的硬 件設備進行虛擬化，提供給多個內部模塊共享使用。
優選地，所述可重構I/O增強單元還用于直接對I/O數據進行運算和處理。
優選地，可重構I/O增強單元用于將相同資源類型的I/O設備聚合起來，對外提供 統一的訪問接口。
本發明提出了在將低功耗微處理器與可重構加速部件緊密耦合來構建的可重構 微服務器系統的基礎上，當可重構加速部件通過私有外部接口連接I/o資源時，根據I/O資 源類型，通過聚合、共享以及離線數據處理等方式增強系統I/o能力的結構與方法，擴展了 可重構微服務器的應用能力，提高了可重構微服務器的應用效率。
結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中
圖1示意性地示出了根據本發明實施例的輸入輸出能力增強的可重構微服務器 的功能框圖。
需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可 能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施方式
為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內 容進行詳細描述。
本發明提供了一種將低功耗微處理器和可重構加速部件緊密耦合的可重構微服 務器系統架構，能夠通過對可重構加速部件進行硬件重構，實現面向目標應用需求的可重 構硬件加速，提高系統性能和效率。其中，可重構加速部件能夠提供私有的外部接口，直接 連接內存、I/o外設等資源，擴展和增強系統資源和能力。而且，在上述系統中，當可重構加 速部件通過私有外部接口連接I/o資源時，根據I/O資源類型，通過聚合、共享以及離線數 據處理等方式增強系統I/o能力的結構與方法。
具體地說，圖1示意性地示出了根據本發明實施例的輸入輸出能力增強的可重構 微服務器的功能框圖。
更具體地說，如圖1所示，根據本發明實施例的輸入輸出能力增強的可重構微服 務器包括微處理器10、系統總線100、內存20、可重構加速部件30以及輸入輸出外設(以下簡稱I/O外設)40。
其中，微處理器10、內存20和輸入輸出外設40連接至系統總線100，從而微處理器10通過系統總線100與內存20和輸入輸出外設40進行數據交換。
微處理器10直接連接至可重構加速部件30 ;并且，可重構加速部件30連接至系統總線100，從而通過系統總線100與內存20和輸入輸出外設40進行數據交換。
并且其中，可重構加速部件30包括可重構運算加速模塊31、多個可重構I/O增強單元、以及與所述可重構I/o增強單元中的每一個單獨連接的多個I/O控制器。
其中，所述多個可重構I/O增強單元連接至可重構運算加速模塊31。
而且其中，所述可重構I/O增強單元中的每一個的對應的多個I/O控制器連接至具有相同資源類型的各種I/o接口標準或相同接口標準的I/O設備，由此所述可重構I/O 增強單元中的每一個及其對應的多個I/o控制器用于控制與具有相同資源類型的I/O設備之間的數據交換。也就是說，比如硬盤，不管是SATA的還是IDE的，都可以作為硬盤資源， 通過各自的接口控制器連接在同一個IO增強單元上進行統一管理。
例如，圖1中示出了可重構加速部件30包含兩個可重構I/O增強單元321和322 的情況，其中可重構I/O增強單元321連接至多個I/O控制器Cl、…、C2，可重構I/O增強單元322連接至多個I/O控制器C3、…、C4。并且，例如，可重構I/O增強單元321及其多個I/O控制器Cl、…、C2用于SATA標準(資源類型A)的I/O設備41、…、42，可重構I/ O增強單元322及其多個I/O控制器C3、…、C4用于IDE標準(資源類型B)的I/O設備 43、…、44。
并且，優選地，可重構運算加速模塊31和多個可重構I/O增強單元連接至系統總線100以進行數據交換。并且，可重構運算加速模塊31和多個可重構I/O增強單元可以共用可重構加速部件30的總線接口，由此兩者在物理上可能只有一個接口以連接至系統總線 100。
具體地說，可重構加速部件30采用低功耗的可編程邏輯器件(例如，FPGA)實現， 能夠通過硬件編程重構其硬件邏輯結構，實現多種硬件功能模塊，擴展和增強系統的計算、 內存、I/o等各方面能力。
其中，可重構運算加速模塊31是在可重構加速部件30中通過硬件重構所實現的硬件邏輯模塊，其主要功能是針對實際應用需求特點，通過定制專用的硬件加速計算結構 ， 協助或取代微處理器10完成相應的運算處理功能，從而提高系統的運算能力，實現對處理器運算能力的增強。
而且，由于I/O接口和設備種類繁多，如常見的硬盤、USB、網絡等，相應的接口協議各不相同，例如SATA (Serial Advanced Technology Attachment,串行高級技術附件)、 IDE (Integrated Drive Electronics)、PCI (Pedpherd Component Interconnect,周邊兀件擴展接口)、PCI Express^SPI (Serial Peripheral Interface，串行外設接口)等，傳統結構下所支持的接口協議和設備類型都是固定的，而利用可重構加速部件硬件可重構的特性，能夠根據需求實現支持各種I/o接口標準的1/0控制器，支持各種不同類型的1/0設備，從而提高了整個系統I/o的適應性和兼容性。
可重構1/0增強單元321和322用于實現對1/0資源的管理、整合與增強，同時向上提供相應的設備訪問接口，以便微處理器和可重構運算加速模塊進行讀寫訪問。例如對于相同類型的I/O資源，如存儲設備，無論是SATA接口的普通硬盤，PCI Express接口的SSD 固態盤，USB接口的U盤，或者Flash存儲芯片都可以由可重構I/O增強單元321和322統一管理與控制。
可重構I/O增強單元321和322能夠將相同資源類型的I/O設備聚合起來，對外 提供統一的訪問接口。例如對于連接在可重構加速部件上的多個磁盤,可以通過可重構I/ O增強單元321和322加以組織，實現容量和帶寬的聚合、數據冗余備份等功能，隱藏底層物 理結構，讓微處理器或可重構運算加速模塊可以將其作為一塊完整磁盤存儲區域來控制和 訪問。優選地,可重構I/O增強單元321和322能夠將連接在可重構加速模塊上的獨占的 硬件設備進行虛擬化，提供給多個內部模塊共享使用。
優選地，可重構I/O增強單元321和322還可以用來直接對I/O數據進行一些運 算和處理，減輕微處理器負載。例如可以利用可重構I/O增強單元321和322對需要寫入 硬盤的數據提前進行壓縮和加密，再將壓縮加密后的數據寫入硬盤，在讀取時自動地進行 解壓縮和解密。又例如對于網絡包處理的應用，可以在可重構I/O增強單元321和322先 對接收到的網絡包進行一些必要的預處理工作，之后再由處理器進行處理，從而減輕處理 器負載，提高整體的處理效率。
在本發明的可重構微服務器系統結構中，將低功耗微處理器與可重構加速部件緊 密耦合來構建微服務器系統，實現對傳統微服務器計算能力、存儲能力、I/O能力的增強，形 成一種全新的低功耗高性能可重構微服務器系統。而且，在可重構微服務器系統結構下，可 重構加速部件可以利用私有外部接口直接連接硬盤、網絡、USB等I/O設備，擴展了系統的 I/O資源。本發明提出的結構和方法，能夠利用可重構加速部件實現進一步增強系統的I/O 能力，從而能夠實現I/O聚合、共享以及離線數據處理等功能。
此外，需要說明的是，除非特別指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三” 等描述僅僅用于區分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、 步驟之間的邏輯關系或者順序關系等。
可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以 限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下， 都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等 同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍 內。
權利要求
1.一種輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于包括微處理器、系統總線、內存、可重構加速部件以及輸入輸出外設； 其中，微處理器、內存和輸入輸出外設連接至系統總線，從而微處理器通過系統總線與內存和輸入輸出外設進行數據交換； 而且，微處理器直接連接至可重構加速部件； 并且，可重構加速部件連接至系統總線，從而通過系統總線與內存和輸入輸出外設進行數據交換； 其中，可重構加速部件包括可重構運算加速模塊、多個可重構I/o增強單元、以及與所述可重構I/o增強單元中的每一個單獨連接的多個I/O控制器； 其中，所述多個可重構I/o增強單元連接至可重構運算加速模塊； 而且其中，所述可重構I/o增強單元中的每一個的對應的多個I/O控制器連接至具有相同資源類型的I/o設備，由此所述可重構I/O增強單元中的每一個及其對應的多個I/O控制器用于控制與具有相同資源類型的I/o設備之間的數據交換。
2.根據權利要求1所述的輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構運算加速模塊和多個可重構I/o增強單元連接至系統總線以進行數據交換。
3.根據權利要求1或2所述的輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構加速部件由可編程邏輯器件實現。
4.根據權利要求1或2所述的輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構加速部件由FPGA實現。
5.根據權利要求1或2所述的輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構運算加速模塊用于通過定制專用的硬件加速計算結構，協助或取代微處理器完成相應的運算處理功能。
6.根據權利要求1或2所述的輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于，所述可重構I/O增強單元還用于將連接在可重構加速模塊上的獨占的硬件設備進行虛擬化，提供給多個內部模塊共享使用。
7.根據權利要求1或2所述的輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于，所述可重構I/O增強單元用于直接對I/O數據進行運算和處理。
8.根據權利要求1或2所述的輸入輸出能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構I/O增強單元用于將相同資源類型的I/O設備聚合起來，對外提供統一的訪問接口。
全文摘要
一種輸入輸出能力增強的可重構微服務器，包括微處理器、系統總線、內存、可重構加速部件以及輸入輸出外設；其中，微處理器、內存和輸入輸出外設連接至系統總線；微處理器直接連接至可重構加速部件；可重構加速部件包括可重構運算加速模塊、多個可重構I/O增強單元、以及與可重構I/O增強單元中的每一個單獨連接的多個I/O控制器；其中，多個可重構I/O增強單元連接至可重構運算加速模塊和系統總線；而且其中，可重構I/O增強單元中的每一個的對應的多個I/O控制器連接至具有相同資源類型的I/O設備，由此可重構I/O增強單元中的每一個及其對應的多個I/O控制器用于控制與具有相同資源類型的I/O設備之間的數據交換。
文檔編號G06F13/40GK103034295SQ20121057582
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者謝向輝, 吳東, 原昊, 錢磊, 張昆, 臧春峰, 郝子宇, 張魯飛, 李璽, 嚴忻凱, 胡蘇太, 韋海亮, 周浩杰, 馬文濤, 王宇 申請人:無錫江南計算技術研究所