Системная плата

Заявленная полезная модель относится к устройствам цифровых вычислений и обработки данных и может быть использована при проектировании серверных платформ, предназначенных для проведения высокопроизводительных вычислений и компьютерного моделирования. Системная плата, содержащая вычислительный модуль, в состав которого входят центральный процессор, соединенный с оперативным запоминающим устройством и северным мостом, который соединен с южным мостом, при этом в ней введены дополнительный центральный процессор соединенный с центральным процессором, дополнительным оперативным запоминающим устройством и северным мостом, а также, по меньшей мере, один вычислительный модуль, в состав которого входят два центральных процессора, каждый из которых соединен с отдельным оперативным запоминающим устройством и общим северным мостом, который соединен с южным мостом, при этом любая прямая, расположенная в плоскости параллельной поверхности платы, проходит через центры только двух центральных процессоров.

Заявленная полезная модель относится к устройствам цифровых вычислений и обработки данных и может быть использована при проектировании серверных платформ, предназначенных для проведения высокопроизводительных вычислений и компьютерного моделирования.

Известна, выбранная в качестве ближайшего аналога, материнская плата, содержащая вычислительный модуль, в состав которого входят центральный процессор, соединенный с запоминающим устройством и северным мостом, который соединен с южным мостом (Заявка на изобретение США 2004/0184254).

Недостатком данной платы является то, что в ней для осуществления вычислений применяется только один центральный процессор, что существенно ограничивает скорость и объем производимых вычислений. При линейном увеличении количества процессоров системная плата подвергается перегреву и выходит из строя.

Техническим результатом, который может быть получен в заявленной полезной модели, является создание системной платы способной выполнять большой объем вычислений с высокой скоростью без перегрева.

Технический результат достигается тем что в системной плате, содержащей вычислительный модуль, в состав которого входят центральный процессор, соединенный с оперативным запоминающим устройством и северным мостом, который соединен с южным мостом, введены дополнительный центральный процессор соединенный с центральным процессором, дополнительным оперативным запоминающим устройством и северным мостом, а также, по меньшей мере, один вычислительный модуль, в состав которого входят два центральных процессора, каждый из которых соединен с отдельным оперативным запоминающим устройством и общим северным мостом, который соединен с южным мостом, при этом любая прямая, расположенная в плоскости параллельной поверхности платы, может проходить через центры только двух центральных процессоров, а северный мост каждого вычислительного модуля состоит из соединенных с центральным процессором и южным мостом того же вычислительного модуля коммутатора Ethernet, контроллера системной логики и коммутатора InfiniBand.

Заявленная полезная модель поясняется при помощи схем приведенных на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена структурная схема системной платы;

на фиг.2 представлена топология системной платы, соответствующая настоящей полезной модели.

На фиг.1-2 приняты следующие обозначения:

- вычислительный модуль 1;

- центральный процессор (ЦП) 2;

- дополнительный центральный процессор (ЦП) 3;

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 4;

- дополнительное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 5;

- северный мост 6;

- южный мост 7;

- коммутатора 8 Ethernet;

- контроллер 9 системной логики;

- коммутатор 10 InfiniBand;

- формирователь 11 тактовых синхросигналов;

- системный разъем 12 с интерфейсами доступными пользователю.

Заявленная системная плата состоит из двух вычислительных модулей 1, соединенных с системным разъемом 12 с интерфейсами доступными пользователю, при этом работу обоих вычислительных модулей синхронизирует формирователь 11 тактовых синхросигналов. В состав каждого вычислительного модуля входят ЦП 2 соединенный с ОЗУ 4 и дополнительный ЦП 3 соединенный с дополнительным ОЗУ 5, при этом ЦП 2 и дополнительный ЦП 3 соединены между собой и соединены с северным мостом 6, который соединен с южным мостом 7. Любая прямая, расположенная в плоскости параллельной поверхности платы, проходит через центры только двух ЦП 2 или 3.

Каждый северный мост 6 выполнен в виде контроллера 9 системной логики и соединенных с ним коммутатора 8 Ethernet и коммутатора 10 InfiniBand, при этом контроллер 9 системной логики соединен с ЦП 2, дополнительным ЦП 3 и южным мостом 7, а коммутатор 8 Ethernet и коммутатор 10 InfiniBand соединены с системным разъемом 12 с интерфейсами доступными пользователю. Коммутатор 8 Ethernet представляет собой специализированный набор микросхем или одну микросхему, обеспечивающую коммутацию сигналов Ethernet как между функциональными узлами системной платы так и внешними устройствами подключенными к системному разъему 12 с интерфейсами доступными пользователю. Коммутатор 10 InfiniBand сигналов нужен для организации высокоскоростной шины обмена данными между нодами кластеров. Здесь под нодой понимается единая составная вычислительная часть выполненная в виде вычислительного модуля 1.

Южный мост 7, представляет собой вспомогательный набор микросхем и содержит в себе различные дополнительные интерфейсы, такие как USB, VGA, RS-232, SATA, uSD и т.д.

Заявленная системная плата работает следующим образом.

Каждый ЦП 2 и 3 осуществляет ряд вычислительных операций в составе единой системы осуществляющей расчеты, например, в составе серверной платформы. При этом ЦП 2 и 3 обращаются к ОЗУ 4 и 5, которые предназначены для временного хранения данных и команд, необходимых ЦП 2 и 3 для выполнения ими операций. Коммутация сигналов между функциональными узлами одной системной платы и внешними устройствами, подключенными к системному разъему 12 с интерфейсами доступными пользователю, обеспечивается при помощи коммутатора 8 Ethernet. Для организации высокоскоростной шины обмена данными между вычислительными модулями 1, образующими единую систему осуществляющую расчеты, используется коммутатор 10 InfiniBand. Управление коммутатором 8 Ethernet и коммутатором 10 InfiniBand осуществляет контроллер 9 системной логики по командам ЦП 2 и 3. Коммутатор 8 Ethernet и коммутатор 10 InfiniBand взаимодействуют с вычислительными модулями 1 других системных плат через разъем 12 с интерфейсами доступными пользователю. Южный мост 7 при необходимости и по командам ЦП 2 и 3 осуществляет взаимодействие с различными периферийными устройствами через разъем 12 с интерфейсами доступными пользователю.

В процессе работы одной системной платы происходит значительное выделение теплоты каждым ЦП 2 и 3, при этом если выделяемая теплота не будет отводиться с поверхности системной платы, она может быстро выйти из строя. Как правило проблема отвода тепла в системных платах, содержащих два и более ЦП решается за счет водяного охлаждения, однако при выходе из строя водяной системы охлаждения, подвергается угрозе выхода из строя целиком единая система, осуществляющая расчеты. Система воздушного охлаждения в данном случае менее эффективна, но более надежна, так как она состоит из множества охлаждающих вентиляторов и при выходе из строя одного вентилятора, его можно быстро заменить.

Для получения высокой эффективности при воздушном охлаждении, был проведен подбор положения всех четырех ЦП на системной плате. Наиболее эффективным оказалось расположение ЦП 2 и 3 при котором любая прямая, расположенная в плоскости параллельной поверхности платы, проходит через центры только двух ЦП 2 и 3 как показано на фиг.2.

Таким образом за счет введения в состав системной платы трех центральных процессоров, которые расположены на поверхности платы таким образом, что любая прямая, расположенная в плоскости параллельной поверхности платы, проходит через центры только двух ЦП, системная плата способна выполнять большой объем вычислений с высокой скоростью без перегрева.

1. Системная плата, содержащая вычислительный модуль, в состав которого входят центральный процессор, соединенный с оперативным запоминающим устройством и северным мостом, который соединен с южным мостом, отличающаяся тем, что в ней введены дополнительный центральный процессор, соединенный с центральным процессором, дополнительным оперативным запоминающим устройством и северным мостом, а также, по меньшей мере, один вычислительный модуль, в состав которого входят два центральных процессора, каждый из которых соединен с отдельным оперативным запоминающим устройством и общим северным мостом, который соединен с южным мостом, при этом прямая, расположенная в плоскости, параллельной поверхности платы, и проходящая через центры только двух центральных процессоров, проходит через центры только этих двух центральных процессоров.

2. Системная плата по п.1, отличающаяся тем, что северный мост каждого вычислительного модуля состоит из соединенных с центральным процессором и южным мостом того же вычислительного модуля коммутатора Ethernet, контроллера системной логики и коммутатора InfiniBand.