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TWI869530B - 含具有直立卡之正交結構之運算系統 - Google Patents

含具有直立卡之正交結構之運算系統 Download PDF

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TWI869530B
TWI869530B TW110102003A TW110102003A TWI869530B TW I869530 B TWI869530 B TW I869530B TW 110102003 A TW110102003 A TW 110102003A TW 110102003 A TW110102003 A TW 110102003A TW I869530 B TWI869530 B TW I869530B
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TW
Taiwan
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connector
psu
pcb
edge
riser
Prior art date
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TW110102003A
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TW202139815A (zh
Inventor
鳳泉 鄭
羅納德 Ｅ 聖杰曼
Original Assignee
美商捷普股份有限公司
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Publication date
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Abstract

一種運算系統，其包括有前部及後部的殼體總成、定位成靠近殼體總成之前部且包括複數個I/O連接器的CPU模組、與定位成靠近殼體總成之後部的複數個I/O模組，在此各個I/O模組包括第二I/O連接器。該運算系統也包括各有PCB的複數個直立卡，該PCB有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第三I/O連接器，與耦接至該後緣的一第四I/O連接器。在各個直立卡上的該第三I/O連接器連接至該等第一I/O連接器中之一者，且在各個直立卡上的該第四I/O連接器連接至該等第二I/O連接器中之一者，使得該等直立卡互相平行地定向。

Description

含具有直立卡之正交結構之運算系統
發明領域
本揭示內容一般有關於一種運算系統，且更特別的是，有關於一種運算系統，其包括提供複數個I/O模組與CPU模組之電氣連接的複數個直立卡，在此該等直立卡經組配為允許氣流通過該系統。
發明背景
典型的運算系統包括提供系統運算及處理的主機板或中央處理(CPU)模組，與通過周邊組件高速互連(PCIe)匯流排或其他類似高速匯流排使CPU模組連接至其他運算系統的多個輸入/輸出(I/O)模組。這種現代運算系統一般支援失效I/O模組的熱插拔，亦即，在系統正在運作時更換失效I/O模組，在此需要一些系統級特徵以實現這種熱插拔。允許熱插拔的一設計特徵是要提供一種中板(midplane)，其一般為包括用於使I/O模組連接至CPU模組之數個獨立連接器的板子。允許熱插拔I/O模組的另一設計特徵包括使用用於可全為共用中板之一部份或為獨立單元之各個I/O模組的獨立正交連接器。不過，習知中板可能極為複雜，常常包括提供用於使I/O模組連接至CPU模組之許多訊號路徑的12層或多層。再者，該等正交連接器提供良好的訊號品質，但是由於它們的正交設計可能無法提供足夠的接腳(pin)用於更快的匯流排而且又貴。
隨著工業從PCIe第四代(16GT/s)移到PCIe第五代(32GT/s)協定及更高，速度增加會需要更多條跡線與有較大及較高接腳數的連接器，這會在中板上佔用更多空間，從而產生更貴的層數構造。更高速的解決方案消耗更多功率且需要額外且更短的跡線。在採用習知中板時，為了提供用以冷卻CPU模組的適當排氣，更多跡線與更高功率耗散的組合將是一個挑戰，因為這些中板阻擋氣流且減少熱效能。
發明概要
以下說明揭露及描述一種運算系統，其包括有一前部及一後部的一殼體總成、定位成靠近該前部且位於該殼體總成內以及包括複數個第一輸入/輸出(I/O)連接器的中央處理單元(CPU)模組、與定位成靠近該後部且位於該殼體總成內的複數個I/O模組，在此各個I/O模組包括第二I/O連接器。該運算系統也包括各有印刷電路板(PCB)的複數個I/O直立卡，該印刷電路板(PCB)有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第三I/O連接器、與耦接至該後緣的一第四I/O連接器。在各個I/O直立卡上的該第三I/O連接器連接至該等第一I/O連接器中之一者，且在各個I/O直立卡上的該第四I/O連接器連接至該等第二I/O連接器中之一者，使得該等I/O直立卡平行地垂直定向且界定相對於該殼體總成之一前後方向位於其間的空間以容納通過該殼體總成的增加氣流。
從以下結合附圖的描述及隨附專利請求項可明白本揭示內容的額外特徵。
10:運算系統
12:CPU模組
14:印刷電路板/PCB
16:CPU
18:記憶體模組
20:溝槽
22:散熱裝置
24:I/O連接器
30:I/O模組總成
32:I/O模組
34:PCB
36:模組組件
38,40:連接器
50:中板
52:PCB
54,56:連接器
60:運算系統
62:(外)底盤
64:溝槽
66:CPU容器
68:頂蓋
70:通風管蓋
72:冷卻風扇總成
74:供電單元/PSU
76:正交直立卡
78:I/O連接器
80:PSU連接器
84:PCB
86:連接器凸片
88:溝槽
90:介面連接器
92:重計時器電路
102:通風管蓋
104:指捻螺釘
106,108:側壁
110,112:凹口
122,124:退彈器槓桿
126,128:凸輪接腳
132,134:定位環
136:底板
138:鑽孔
140:凸起
142:斜向引入溝槽
144:(底)板/板子
146:導桿
148:導塊
150,152:安裝接腳
154,156:導引接腳
158:開口
160:凸片
162:接腳
164:溝槽
166:鑽孔
180:頂板
182,194:溝槽
184,192:凸片
190:凹陷
198:間隔物
圖1為習知運算系統的展開等角前視圖，其圖示包括提供I/O模組與CPU模組之電氣連接的中板； 圖2為圖示於圖1之運算系統的展開等角後視圖；圖3的展開等角前視圖圖示包括數個直立卡的運算系統，該等直立卡取代圖1之運算系統的中板且提供CPU模組與I/O模組的連接；圖4為圖示於圖3之運算系統的展開等角後視圖；圖5的側視圖圖示外底盤被移除的圖3運算系統；圖6的等角後視圖圖示與圖3之運算系統分離的CPU模組；圖7為圖6之CPU模組的等角後視圖，其圖示插入I/O連接器的直立卡；圖8的等角視圖圖示與圖7之CPU模組分離的一個直立卡；圖9的展開等角部份後視圖圖示包括用於對齊及插上CPU容器(canister)之各種元件的圖3運算系統；圖10為圖3之運算系統的展開等角部份後視圖，其圖示一對退彈器槓桿(ejector lever)；圖11為圖3之運算系統的展開等角部份後視圖，其圖示該等退彈器槓桿與一導桿；圖12為與圖3運算系統分離之底盤的等角前視圖，其圖示該等退彈器槓桿與該導桿；圖13為圖9之運算系統的部份剖開等角視圖，其圖示相對於槓桿接腳(lever pin)的容器溝槽(canister slot)；圖14的等角視圖圖示與圖3之運算系統分離的導桿；圖15的等角後視圖圖示與圖3之運算系統分離的容器；圖16至18的等角視圖圖示與圖3之運算系統分離的導塊；圖19為圖3之運算系統的部份剖開等角視圖，其圖示接合溝槽的槓桿接腳； 圖20為圖3之運算系統的部份剖開等角視圖，其圖示一直接合於溝槽中的槓桿接腳；圖21為圖3之運算系統的部份剖開等角視圖，其圖示底盤與CPU模組的對齊；圖22為圖3之運算系統的部份剖開等角視圖，其圖示接合通風管的直立卡；圖23為圖3之運算系統的部份剖開等角視圖，其圖示該等I/O模組中固定於該通風管及該導軌的一者；與圖24為圖3之運算系統的頂部剖視圖，其圖示該等I/O模組中連接至該直立卡的一者。
針對包括提供複數個I/O模組與CPU模組之電氣連接之複數個垂直定向直立卡的運算系統，本揭示內容之具體實施例的以下討論本質上僅供示範，且絕非旨在限制本揭示內容或其應用或用途。
圖1為習知運算系統10的展開等角前視圖且圖2為展開等角後視圖，在此已移除系統10的外底盤。運算系統10旨在代表執行與本文所述一致且使用任何適當協定運作之運算功能或運作的任何電腦、伺服器等等，例如周邊組件高速互連(PCIe)第四代(16GT/s)、PCIe第五代(32GT/s)、開放協調加速器處理器介面(OpenCAPI)、Gen-Z、加速器快取協調互連(CCIX)、與運算快速鏈路(CXL)。系統10包括有印刷電路板(PCB)14的CPU模組12，該印刷電路板(PCB)14裝有數個CPU 16，該等CPU具有耦接於溝槽20中的記憶體模組18；散熱裝置22及I/O連接器24。系統10也包括有許多I/O模組32的I/O模組總成30，各個I/O模組32包括PCB 34，其裝上模組組件36、用配線連接至其他運算系統及組件(未圖示)的連接器38、與用於使I/O模組32連接至CPU模組12的連接器40。系統10進一步 包括如以上所述類型的中板50用於使I/O模組32連接至CPU模組12且含有PCB 52、在PCB 52之一側上連接至連接器40的許多連接器54、與在PCB 52之另一側上連接至連接器24的許多連接器56。如上述，使用用於使I/O模組32連接至CPU模組12的中板50允許I/O模組32的熱插拔，但是會限制通過系統10的氣流，從而限制冷卻能力。
圖3為與運算系統10類似但是不需要中板50之運算系統60的展開等角前視圖而圖4為展開等角後視圖，在此類似的元件用相同的元件符號表示。系統60包括有用於接受I/O模組32之溝槽64的外底盤62、用於保持取代CPU模組12且滑入底盤62之CPU模組12的CPU容器66、頂蓋68、通風管蓋70、裝在CPU容器66前部的冷卻風扇總成72、以及也滑入溝槽64的一對供電單元(PSU)74，在此系統10也會包括用於圖示具體實施例的這些元件。圖5的側視圖圖示底盤62、容器66和蓋體68及70都被移除的系統60。
如下文所詳述的，運算系統60採用以一個用於I/O模組32及PSU 74中之各者的方式使I/O模組32及PSU 74都連接至CPU模組12的許多正交直立卡76。圖6的等角視圖圖示與系統60分離的CPU模組12且圖示連接至直立卡76的I/O連接器78及PSU連接器80。圖7的等角視圖圖示與系統60分離的CPU模組12且圖示插入連接器78及80的直立卡76。圖8的等角視圖圖示與CPU模組12分離的一個直立卡76。
直立卡76包括具有如圖所示之一般形狀的PCB 84。直立卡76的底緣包括用溝槽88分開的許多連接器凸片86，在此凸片86滑入連接器78或80。介面連接器90安裝至直立卡76的後緣且經組配為可連接至在I/O模組32上的連接器40。在處於此組態時，直立卡76垂直定向且縱向對齊，亦即，與通過容器66及底盤62的氣流平行，在此直立卡76之間有允許氣流增加的很大空間。另外，此組態簡化路由、減少複雜度、且允許更高的I/O接腳數。
由於運算系統變得更複雜且以更快的速度運作，在此訊號長度及整合變得越來越關鍵，有些I/O模組32可能比其他I/O模組32更關鍵。這些I/O模組32中之一些最好採用重計時器電路(retimer circuit)92，它是包括等化功能加時脈資料回復(CDR)功能的混合訊號裝置以補償確定及隨機跳動兩者，它可安裝至PCB 84。因此，有些直立卡76可包括重計時器電路92且有些可不包括。
在實作上述垂直定向直立卡76時，已認識到與提供適當系統封裝有關的許多挑戰。例如，如何安裝、支持及對齊所有的I/O模組32於CPU容器66內；如何保證從系統60後部插入的I/O模組32與CPU容器66上的I/O介面卡正確地對齊；如何克服與以下情形有關的插入及拔出力：企圖在安裝CPU容器66時同時插入及拔出CPU容器66及其各種I/O連接器；在拔出CPU容器66時如何使I/O模組32不會從系統60前部拔出，以及為了讓I/O模組32與CPU容器66之間有堅固可靠的介面，如何控制CPU容器66及I/O模組32的插入深度。更具體言之，當容器66從前部滑入底盤62時，所有的直立卡76需要與I/O模組32正確地對齊且能夠忍受插入壓力，以及從底盤62卸下容器66不需要用太大的力量。
圖9、10、11及12為運算系統60的展開等角部份視圖，其圖示解決上述問題的各種特徵。特別是，如下述，運算系統60包括互連特徵及元件允許輕易地將容器66插入底盤62使得在直立卡76上的連接器90與在I/O模組32上的連接器40準確地對齊且可輕易地耦接在一起，且允許容器66滑出底盤62使得連接器40及90輕易地斷開。通風管蓋70用指捻螺釘104固定於CPU容器66。出於以下說明顯而易見的理由，為了正確地對齊直立卡76，通風管蓋70的側壁106及108各自包括裝入PCB 14上之對齊孔使得通風管蓋70對齊到PCB 14的凹口110及112。
一對退彈器槓桿122及124引導及控制容器66進出底盤62的插入及拔出且同時提供容器66接合及脫離所有I/O模組32的機械力。更特別的是，有些 人可能以樞轉方式獨立的槓桿122及124，這會使容器66與I/O模組32脫離。槓桿122及124各自包括在一端的凸輪接腳(cam pin)126及128與在另一端的定位環132及134，在此凸輪接腳126及128轉動固定於底盤62的底板136。圖12圖示位在底盤62底板136之凸起140中的退彈器槓桿122及124，這允許槓桿122及124在容器66下自由樞轉。圖13圖示滑入底盤62的容器66，在此在容器66之底板144中的兩個斜向引入溝槽(angled lead-in slot)142與接腳126及128對齊。溝槽142經組配為，在槓桿122及124處於此位置時，容器66可夠深地插入底盤62以允許接腳126及128接合溝槽142，但是不允許CPU模組12接合I/O模組32。
如圖示，用在鄰近溝槽142之板144鑽孔138內的安裝接腳(mounting pin)150及152，將導桿146安裝至在溝槽64前面的底板136，以及將兩個隔開導塊148安裝至容器66之底板144的後緣。圖14的等角視圖圖示與系統60分離的導桿146，圖15的等角後視圖圖示與系統60分離的容器66，且圖16、17及18的等角視圖圖示導塊148中與系統60分離的一者。圖19圖示初始接合於溝槽142中的接腳126使得導桿146上的導引接腳(guide pin)154及156與導塊148的開口158對齊，在此容器66在不樞轉槓桿122及124的情形下無法接合I/O連接器40。圖20圖示在樞轉之後使得接腳126及128被驅動進入溝槽142之斜向部份的槓桿122及124，而向後驅動容器66使得導塊148的開口158接合接腳154及156，容器66的後緣抵頂導桿146，且連接器90接合在I/O模組32上的連接器40。藉由反向樞轉槓桿122及124，使CPU模組12與I/O模組32斷開。
圖21為容器66及CPU模組12的剖開等角視圖，其圖示導塊148也如何使CPU模組12對齊到容器66使得連接器90與I/O連接器40對齊。凸片160從導塊148伸出且包括與接腳152同軸對齊的接腳162。PCB 14包括溝槽164與鑽孔166，在此導塊148位於溝槽164內，且接腳162位於孔166內。凸片160的厚度維持PCB 14與板子144之間的所欲空間。
圖22為系統60的部份剖開等角視圖，其圖示通風管蓋70的頂板180含有溝槽182，彼等捕獲從直立卡76之頂緣伸出的凸片184以便精確地對齊直立卡76的頂部。
圖23為系統60的部份剖開等角視圖以及圖24為部份剖開頂視圖，其圖示電氣連接至直立卡76中之一者的一I/O模組32。如圖示，導桿146包括一個用於I/O模組32中之各者的一序列凹陷190，彼等各自接受從I/O模組32伸出的凸片192，且頂板180包括溝槽194，彼等接受在I/O模組32中的PCB 34使得I/O模組32正確地定位。導桿146也包括一序列間隔物198，使得在直立卡76連接至PCB 14上的連接器78且耦接至通風管蓋70時，連接器90插入且固定於相鄰間隔物198之間，如圖示。因此，在容器66滑入底盤62時，連接器40及90正確地對齊且容易互相接合。
以上說明揭露及描述僅供示範的本發明具體實施例。熟諳此藝者通過上述說明及附圖和專利請求項將容易認識到可做出各種改變、修改及變體而不脫離如以下專利請求項所界定之本揭示內容的精神及範疇。
12:CPU模組
14:印刷電路板/PCB
16:CPU
18:記憶體模組
22:散熱裝置
30:I/O模組總成
32:I/O模組
38,40:連接器
60:運算系統
62:(外)底盤
64:溝槽
66:CPU容器
68:頂蓋
70:通風管蓋
72:冷卻風扇總成
74:供電單元/PSU
76:正交直立卡
78:I/O連接器
80:PSU連接器
90:介面連接器
104:指捻螺釘
106,108:側壁
110,112:凹口
122,124:退彈器槓桿
126:凸輪接腳
132,134:定位環
136:底板
140:凸起
142:斜向引入溝槽
144:(底)板/板子
180:頂板

Claims (20)

  1. 一種運算系統，其包含：包括一前部及一後部的一殼體總成；一中央處理單元(CPU)模組，其定位成靠近該前部且位於該殼體總成內以及包括複數個第一輸入/輸出(I/O)連接器；複數個I/O模組，其定位成靠近該後部且在該殼體總成內，各個I/O模組包括一第二I/O連接器；與各自包括一印刷電路板(PCB)的複數個I/O直立卡，該印刷電路板(PCB)有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第三I/O連接器，與耦接至該後緣的一第四I/O連接器，其中，在各個I/O直立卡上的該第三I/O連接器連接至該等第一I/O連接器中之一者，且在各個I/O直立卡上的該第四I/O連接器連接至該等第二I/O連接器中之一者，使得該等I/O直立卡平行地垂直定向，以便界定相對於該殼體總成之一前後方向位於其間的空間。
  2. 如請求項1之系統，其中，各個I/O直立卡的該第三I/O連接器為在該PCB上的一電氣跡線，在此該PCB的該底緣插入該第一I/O連接器。
  3. 如請求項1之系統，其中，該殼體總成包括一底盤，其具有複數個板子，該等複數個板子界定出位於其間之數個溝槽，在此該等I/O模組中之各者定位於該等溝槽中之一者內。
  4. 如請求項3之系統，其中，該殼體總成進一步包括一容器，該CPU模組定位於該容器內，該容器從該殼體總成的該前部插入該底盤。
  5. 如請求項4之系統，其中，該殼體總成進一步包括：覆蓋該底盤及該容器的一蓋體。
  6. 如請求項4之系統，其進一步包含：安裝至該容器之一前部的一風扇總成。
  7. 如請求項1之系統，其進一步包含：至少一供電單元(PSU)，其包括一第一PSU連接器與包括一PCB的至少一PSU直立卡，該PCB有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第二PSU連接器，與耦接至該後緣的一第三PSU連接器，其中，該第一PSU連接器連接至該第三PSU連接器，且該第二PSU連接器連接至安裝至該CPU模組的一第四PSU連接器，使得該至少一PSU直立卡的側向與該等I/O直立卡平行。
  8. 如請求項1之系統，其中，該等I/O直立卡中之一或多個包括安裝至該PCB之一側的一重計時器電路。
  9. 如請求項1之系統，其中，該CPU模組運作下列中之一者：一周邊組件高速互連(PCIe)第四代(16GT/s)、PCIe第五代(32GT/s)、開放協調加速器處理器介面(OpenCAPI)、Gen-Z、加速器快取協調互連(CCIX)與運算快速鏈路(CXL)協定。
  10. 一種運算系統，其包含：一殼體總成，其包括一底盤與可滑動地插在該底盤內的一容器；一中央處理單元(CPU)模組，其定位於該容器內且包括複數個第一輸入/輸出(I/O)連接器；定位於該底盤內的複數個I/O模組，各個I/O模組包括一第二I/O連接器；與各自包括一印刷電路板(PCB)的複數個I/O直立卡，該印刷電路板(PCB)有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第三I/O連接器，與耦接至該後緣的一第四I/O連接器，其中，在各個I/O直立卡上的該第三I/O連接器連接至該等第一I/O連接器中之一者，且在各個I/O直立卡上的該第四I/O連接器連接至該等第二I/O連接器中之一者，使得該等I/O直立卡平行地垂直定向，以便界定相對於該殼體總成之一前後方向位於其間的空間，其中，該等I/O直立卡中之一或多個包括安裝至該PCB之一側的一重計時器電路。
  11. 如請求項10之系統，其中，在各個I/O直立卡上的該第三I/O連接器為在該PCB上的一電氣跡線，在此該PCB的該底緣插入該第一I/O連接器。
  12. 如請求項10之系統，其中，該底盤包括複數個板子，該等複數個板子界定出位於其間之數個溝槽，在此該等I/O模組中之各者定位於該等溝槽中之一者內。
  13. 如請求項10之系統，其中，該殼體總成進一步包括：覆蓋該底盤及該容器的一蓋體。
  14. 如請求項10之系統，其進一步包含：安裝至該容器之一前部的一風扇總成。
  15. 如請求項10之系統，其進一步包含：至少一供電單元(PSU)包括一第一PSU連接器與包括一PCB的至少一PSU直立卡，該PCB有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第二PSU連接器，與耦接至該後緣的一第三PSU連接器，其中，該第一PSU連接器連接至該第三PSU連接器，且該第二PSU連接器連接至安裝至該CPU模組的一第四PSU連接器，使得該至少一PSU直立卡的側向與該等I/O直立卡平行。
  16. 一種運算系統，其包含：一殼體總成，其包括一底盤與可滑動地插在該底盤內的一容器；一中央處理單元(CPU)模組，其定位於該容器內且包括複數個第一輸入/輸出(I/O)連接器；定位於該底盤內的複數個I/O模組，各個I/O模組包括一第二I/O連接器；各自包括一印刷電路板(PCB)的複數個I/O直立卡，該印刷電路板(PCB)有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第三I/O連接器，與耦接至該後緣的一第四I/O連接器，其中，在各個I/O直立卡上的該第三I/O連接器連接至該等第一I/O連接器中之一者，且在各個I/O直立卡上的該第四I/O 連接器連接至該等第二I/O連接器中之一者，使得該等I/O直立卡平行地垂直定向，以便界定相對於該殼體總成之一前後方向位於其間的空間，其中，在各個I/O直立卡上的該第三I/O連接器為在該PCB上的一電氣跡線，在此該PCB的該底緣插入該第一I/O連接器；與至少一供電單元(PSU)包括一第一PSU連接器與包括一PCB的至少一PSU直立卡，該PCB有相對的側面、一前緣、一後緣、一頂緣、一底緣、耦接至該底緣的一第二PSU連接器，與耦接至該後緣的一第三PSU連接器，其中，該第一PSU連接器連接至該第三PSU連接器，且該第二PSU連接器連接至安裝至該CPU模組的一第四PSU連接器，使得該至少一PSU直立卡的側向與該等I/O直立卡平行。
  17. 如請求項16之系統，其中，該底盤包括複數個板子，該等複數個板子界定位於其間之數個溝槽，在此該等I/O模組中之各者定位於該等溝槽中之一者內。
  18. 如請求項16之系統，其中，該殼體總成進一步包括：覆蓋該底盤及該容器的一蓋體。
  19. 如請求項16之系統，其進一步包含：安裝至該容器之前部的一風扇總成。
  20. 如請求項16之系統，其中，該等I/O直立卡中之一或多個包括安裝至該PCB之一側的一重計時器電路。
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