TWI760605B

TWI760605B - 解聚電腦系統

Info

Publication number: TWI760605B
Application number: TW108111449A
Authority: TW
Inventors: 維瓦克喬希; 張智傑; 長欣耿
Original assignee: 美商美超微電腦股份有限公司
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2022-04-11
Also published as: CN111104358A; US20200133913A1; US11113232B2; TW202016746A; CN111104358B

Abstract

本發明提供一種電腦系統，其包括一處理器及一記憶體。該處理器位於具有一第一連接器之一第一電路板上。該記憶體位於具有一第二連接器之一第二電路板上。該第一電路板與該第二板彼此實體上分離，但經由該連接器彼此連接。該處理器及該記憶體基於一差動傳信方案彼此連通。

Description

解聚電腦系統

本發明係關於一種解聚電腦系統，且更特定言之係關於一種包括解聚電子組件的電腦系統。

在習知電腦系統中，多個組件(例如，中央處理單元(CPU)、記憶體、晶片組、周邊組件、電源子系統及類似者)併入在單一主機板上。CPU及記憶體幾乎總是安置於主機板上其自身插口中，且晶片組幾乎總是膠合/焊接至主機板，亦即其通常不具有插口。在一些實施例中，晶片組或I/O連接集線器可整合至微處理器自身中。組件經由主機板上的高速信號跡線彼此連通。然而，此組態增加了更換或升級習知電腦系統中之組件的時間及複雜性。另外，由於所有組件置放於單一主機板上，因此當使用者意欲升級或更換習知電腦系統中之組件時，其亦將需要升級或更換電腦系統中之其他組件，這將增加升級電腦系統的成本。在當今一些情形下，假定微處理器或記憶體共用同一插口，則微處理器或記憶體可經更換，但若插口改變，則此更換將需要更換整個主機板。

根據本發明之一些實施例，一種電腦系統包括處理器及記憶體。處理器位於具有第一連接器之第一電路板上。記憶體位於具有第二連接器之第二電路板上。第一電路板與第二板彼此分離。第一連接器與第二連接器連接/配對。處理器及記憶體基於差動傳信方案彼此連通。

根據本發明之一些實施例，一種電腦系統包括處理器及記憶體。處理器位於具有第一連接器之第一電路板上。記憶體位於具有第二連接器之第二電路板上。第一電路板與第二電路板分離。第一連接器連接至第二連接器。處理器及記憶體經由一串列連接彼此連通。

根據本發明之一些實施例，一種電腦系統包括處理器及記憶體。處理器位於具有第一連接器之第一電路板上。記憶體位於具有第二連接器之第二電路板上。第一電路板與第二電路板分離。第一連接器連接至第二連接器。處理器及記憶體經由利用差動傳信之一串列連接彼此連通。

1:電腦系統

2:電腦系統

3:電腦系統

10a:主機板/電路板

10b:主機板/電路板

10c:主機板/電路板

11:處理器

12:記憶體

13:晶片組

14:電子組件

20a:主機板

20b:主機板

22:記憶體

22a:控制器

30a:主機板

30b:主機板

C11:連接器

C12:連接器

C21:連接器

圖1說明根據本發明之一些實施例的電腦系統之方塊圖。

圖2說明根據本發明之一些實施例的電腦系統之方塊圖。

圖3說明根據本發明之一些實施例的電腦系統之方塊圖。

貫穿該等圖式及實施方式使用共同附圖標號以指示相同或類似組件。根據結合隨附圖式進行的以下詳細描述，本發明將更顯而易見。

根據一些實施例，提供一種電腦系統。電腦系統包括處理器及記憶體。若處理器併有所有I/O連接性選項，則可能不需要配套I/O晶片。然而，在資料中心、雲端及可能需要多個I/O選項之其他使用案例中使用之微處理器，需要I/O集線器(配套晶片)來實現多種I/O選項。處理器位於具有連接器之第一電路板上。記憶體位於具有單獨連接器之第二電路板上。第一電路板與第二板彼此實體分離。第一連接器連接至第二連接器。處理器及記憶體可基於差動傳信方案利用點對點連接彼此連通以實現高速資料鏈路。

I/O晶片或I/O配套晶片視需要置放於第三電路板上。此板(具有I/O晶片)接著連接至其上具有處理器的板。當前的微處理器迭代具有可用於連接其他共處理器及/或定製處理器(諸如，使用FPGA、ASIC或SoC)以對其實現關鍵功能之卸載的高速連接。為了參考，請參見來自因特爾之快速輔助技術(QAT)。當前，第一電路板與此板之間的連接經由商用高速串列差動點對點匯流排實現。當前的實施使得吾人能夠在啟用較新處理器時使用相同的板或設計新的板以與處理器一起工作，此係因為隨著技術的改良，高速鏈路速度提高。

圖1說明根據本發明之一些實施例的電腦系統1之方塊圖。在一些實施例中，電腦系統可在資料中心、伺服器或任何其他資訊技術(IT)系統中。電腦系統1包括處理器11、記憶體12、晶片組13及其他電子組件14。

處理器11位於電路板(或主機板)10a上。舉例而言，處理器11位於主機板10a上的插口中。處理器11經組態以根據電腦程式指令控制電腦系統1之操作、計算及邏輯運算。在一些實施例中，處理器11可為單核心、雙核心、多核心或多執行緒CPU。處理器11耦接至記憶體12、晶片組13及電子組件14，從而允許資料在其之間進行交換。在一些實施例中，處理器11經由適合之串列(例如，專用)連接(不限於但可包括快捷外設互聯標準(PCI-E)鏈路)耦接至晶片組13及電子組件14。

記憶體12位於主機板10a上且經由多點匯流排(MDB)耦接至處理器11或有時耦接至晶片組。此類多點匯流排可提供基於非封包或有時基於封包的信號傳輸。在一些實施例中，在記憶體12與處理器11之間基於全軌傳信方案傳輸信號或資料。舉例而言，信號範圍介於接地與參考電壓之間。記憶體12可包括動態隨機存取記憶體(DRAM)，諸如異步動態隨機存取記憶體、同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)、雙資料速率同步動態隨機存取記憶體(DDR SDRAM)、雙資料速率類型二同步動態隨機存取記憶體(DDR2 SDRAM)、雙資料速率類型三同步動態隨機存取記憶體(DDR3 SDRAM)、雙資料速率類型四同步動態隨機存取記憶體(DDR4 SDRAM)、非揮發性記憶體或用於儲存資料之任何其他實施例。另外，記憶體亦可包括實現當前DRAM實施啟用之類似功能的一些其他實施。對於前一實施例，其中處理器與記憶體之間的傳輸可基於封包，此係因為因特爾啟用了記憶體緩衝方法。

晶片組13位於主機板10b(或電路板)上且經由連接器C12(例如，直接媒體介面(DMI)或任何其他適合之連接)連接至處理器11及/或記憶體12。在一些實施例中，晶片組可包括I/O集線器或平台控制器集線器(PCH)且經由協定實現連接性，該等協定諸如PCI-E、閃騰記憶體(Optane memory)、霹靂(Thunderbolt)、增強型串列周邊介面(eSPI)、SPI、低接腳計數(LPC)匯流排、系統管理匯流排(SMBus)、高清晰度音訊(HD音訊)、區域網路埠實體層(LAN PHY)、串列進階附接技術(SATA)、串列附接SCSI(SAS)、通用串列匯流排(USB)及類似者。

電子組件14位於主機板10c(或電路板)上且經由連接器C11(例如，PCI-E或任何其他適合之連接)連接至處理器11及/或記憶體 12。在一些實施例中，電子組件14可包括網路介面控制器、PCI-E控制器、儲存裝置、加速器或用於資料處理、資料快取及/或通信之任何其他適合之組件。在不需要IO集線器/PCH之一些實施例中，可在處理器自身中啟用彼子系統之全部功能。在彼情形下，系統將包含兩塊板，即CPU板及記憶體板。

根據圖1中之實施例，由於處理器11及記憶體12位於與晶片組13及電子組件14所在之主板10b及10c分離的主機板10a上，因此處理器11/記憶體12、晶片組13及電子組件14可在不同時間被更新或更換。相比於單一主機板上併有處理器、記憶體、晶片組及其他電子組件之電腦系統，圖1中之電腦系統1在電腦系統1中的元件之更換或升級期間更具成本效益。在電腦系統1中，處理器11及記憶體12設置在單一主機板10a上，該單一主機板可為經由各種技術(例如，間隔層、屏蔽層、絕緣層)緩解信號干擾/雜訊之多層主機板(或電路板)。然而，多層主機板之成本隨板內層數增加而增加，這亦將對良率產生不利影響。

圖2說明根據本發明之一些實施例的電腦系統2之方塊圖。電腦系統2類似於圖1中之電腦系統1，除了在電腦系統2中，處理器11及記憶體22位於不同主機板(電路板)上之外。如圖2中所展示，處理器11位於主機板20a上，而記憶體22及控制器22a位於與主機板20a分離的主機板20b上。換言之，記憶體22進一步與處理器11解聚。

記憶體22位於主機板20b上且經由高速鏈路(其可經由連接器C21啟用)耦接至處理器11。在一些實施例中，主機板20a及主機板20b中之每一者包括連接器。連接器可為SATA連接器、微SATA(mSATA)連接器、SATA2連接器、SATA3連接器、SATA4連接器、通用串列匯流排 (USB)連接器、USB 3.0連接器、SATAe連接器、霹靂3連接器或符合JEDEC定義技術標準(諸如MO-297標準及MO-300標準)之連接器、次世代形式因數(NGFF)連接器或M.2連接器。如所設想之連接器可實現尚未構想或處於新生階段之高速通信技術。此類技術可包括光學連接或其他機密(esoteric)技術。

在一些實施例中，記憶體22可通過高速串列連接經由點對點連接與處理器11連通，該高速串列連接可提供基於封包之信號傳輸。相比於圖1中之經由MDB與處理器11連通之記憶體12，使用點對點連接之記憶體22允許在處理器11與記憶體22之間以較高速度進行資料傳輸。在一些實施例中，為以此相對較高的速度在處理器11與記憶體22之間傳輸資料，處理器11與記憶體22之間的資料可基於差動傳信方案進行傳輸。為便於此論述，差動傳信將資料擺動切換至在參考電壓位準(或多個參考電壓位準)之上及之下。與圖1中之可使用全軌傳信方案之記憶體12相比，使用差動傳信方案之記憶體22提供相對高頻率信號傳輸及/或消耗相對較少的電力。另外，由於記憶體22及處理器11解聚且位於單獨的主機板(或電路板)上，歸因於主機板20a與主機板20b之間的阻抗失配，可發生傳輸損耗。阻抗失配可歸因於連接器及/或在生產期間主機板之處理(亦即，鏈路產生失配)而引入。使用差動傳信方案之記憶體22可藉由路由信號減小傳輸損耗，以最小化此等結構之影響。

在一些實施例中，記憶體22可為具有一或多個記憶體裝置之雙行記憶體模組(DIMM)，該等記憶體裝置能夠插入至主機板20b上的DIMM槽孔中。舉例而言，記憶體22可為或包括DRAM(諸如異步動態隨機存取記憶體、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、DDR4 SDRAM、混合記憶立方體(HMC)近記憶體)或任何其他適合之實施，包括諸如Optane^TM、3D XPoint^TM等任何其他記憶體技術。記憶體頻寬為幾乎所有計算系統中的系統效能之瓶頸，不論該系統是否為高效能計算、高端伺服器、圖形及(很快)中級電腦系統。習知記憶體技術(例如，DDR)不能與最新微處理器藍圖之增加的效能需求保持同步。藉由用HMC(或其他記憶體技術)更換習知記憶體，可提高頻寬及功率效率，同時可減小時延及實體佔據面積。

在一些實施例中，記憶體22可經由並列鏈路或高速串列鏈路耦接至控制器22a。在一些實施例中，在記憶體22與處理器11之間存在用於控制記憶體22之直接鏈路(例如，停用記憶體22、使記憶體22無效及/或將記憶體發送至低功率狀態)。並列鏈路可並行傳送資料，且高速串列鏈路將為用於串列資料通信之鏈路。控制器22a可包括分區邏輯，其用於識別記憶體22中儲存資料或自此擷取資料且將其傳達至處理器11的位址。在一些實施例中，控制器22a可耦接至多個處理器，從而允許多個處理器存取記憶體22之不同分區，以使得不同處理器11充當共用記憶體22之不同邏輯實體。

在一些實施例中，電腦系統2可包括記憶體22與控制器22a之間的電路(圖2中未展示)(諸如串列器/解串器(SerDes)電路)以將並列資料轉換為串列資料，且反之亦然。在一些實施例中，此類電路可整合至記憶體22或控制器22a中。可替代地，此類電路可為連接於記憶體22與控制器22a之間的獨立模組。

在電腦系統2中，記憶體22與處理器11分離或解聚，該處理器在元件/組件之升級操作或更換期間提供相對較高的可撓性及相對較高的效率。舉例而言，在圖1中之電腦系統中，為更改或升級記憶體12，亦將改變主機板10a及/或處理器11。由於記憶體22與處理器11分離或解聚，記憶體22可在不改變主機板10a及/或處理器11之情況下獨立地改變或升級。如上文所提及，記憶體通常為電腦系統效能之瓶頸。換言之，在電腦系統中，與記憶體相比，處理器通常在更長時段內有效。因此，若電腦系統效能必須升級，則記憶體將比處理器改變更頻繁。根據圖2中之實施例，藉由使記憶體22與處理器11分離或解聚，可提高升級電腦系統2之可撓性及效率。

另外，差動傳信方案可用於將記憶體22(其設置在主機板20b上)電性連接至處理器11(其設置在主機板20a上)，以緩解信號干擾/雜訊。換言之，與全軌傳信方案相比，差動傳信方案之使用可最小化接地層之數目，這將減少製造電腦系統2之成本且增加良率。

圖3說明根據本發明之一些實施例的電腦系統3之方塊圖。電腦系統3類似於圖2中之電腦系統2，除了在圖2中，控制器22a及記憶體22位於同一主機板22b處，而在圖3中，控制器22a及處理器11位於同一主機板30a上之外。如圖3中所展示，控制器22a及處理器11位於主機板30a上，且記憶體22位於主機板30b上。在一些實施例中，主機板30a及主機板30b以類似於圖2中之主機板20a與主機板20b之間的通信方式彼此連通。

雖然已參考本發明之特定實施例描述且說明本發明，但此等描述及說明並不限制本發明。熟習此項技術者可清楚地理解，在不脫離如由所附申請專利範圍所定義之本發明之真實精神及範疇之情況下，可進行各種改變，且可在實施例內替代等效元件。圖解可能未必按比例繪製。歸因於製造製程之類的變數，本發明中之藝術再現與實際設備之間可存在區別。可存在並未特定說明的本發明之其他實施例。應將本說明書及附圖視為說明性而非限制性的。可作出修改，以使特定情形、材料、物質組成、方法或製程適應於本發明之目標、精神及範疇。所有此類修改意欲在此隨附之申請專利範圍之範疇內。雖然已參考按特定次序執行之特定操作來描述本文中所揭示之方法，但可理解，在不脫離本發明之教示的情況下，可組合、再細分或重新定序此等操作以形成等效方法。因此，除非在本文中特定指示，否則操作之次序及分組並非本發明之限制。