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一种高性能计算机算力板的拓扑结构

阅读：525发布：2024-01-16

专利汇可以提供一种高性能计算机算力板的拓扑结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种高性能计算机算力板的拓扑结构，其中，所述拓扑结构包括：设置在铝基板上的算力IC模块，以多层PCB板设计的电源模块以及以多层PCB板设计的信号处理与控制模块；其中，所述电源模块一端通过I2C总线与算力IC模块连接，另一端与外部电源相连接，将外部电源转换为稳压的直流电源为算力IC模块提供电源；所述信号处理与控制模块一端通过I2C总线与算力IC模块连接，另一端与上位机连接，所述信号处理与控制模块用于桥接算力IC模块与上位机之间信号处理与通信。在本实用新型实施例中，对算力IC模块采用铝基板，保证散热；对于数据通信相关电路和电源模块则采用多层板设计，提高信号抗干扰及传输可靠性。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种高性能计算机算力板的拓扑结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高性能计算机算力板的拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构包括：设置在铝基板上的算力IC模块，以多层PCB板设计的电源模块以及以多层PCB板设计的信号处理与控制模块；其中，
所述电源模块一端通过I2C总线与算力IC模块连接，另一端与外部电源相连接，将外部电源转换为稳压的直流电源为算力IC模块提供电源；所述信号处理与控制模块一端通过I2C总线与算力IC模块连接，另一端与上位机连接，所述信号处理与控制模块用于桥接算力IC模块与上位机之间信号处理与通信。
2.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述算力IC模块包括N个算力IC芯片，其中每个算力IC芯片并联的焊接在PCB板上，其中，所述PCB板为铝基板。
3.根据权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述算力IC芯片内设置有温度传感器，将算力IC芯片的当前温度转换为温度信号，基于所述I2C总线传输至所述信号处理与控制模块；所述信号处理与控制模块通过解析所述温度信号，获取算力IC芯片的实时温度。
4.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述信号处理与控制模块包括信号电平转换电路以及Redriver芯片；
所述电平转换电路用于对算力IC模块传输来的算力IC信号依次进行信号放大、电平转换处理，并输入Redriver芯片；
Redriver芯片对输入的信号进行增加驱动能力之后，上传至上位机。
5.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述信号处理与控制模块通过基于输入/输出接口与电源模块相连接，实时采集电源模块的电源电压来对所述电源模块输出电源进行监控；并用于产生电源控制指令，控制电源模块电源使能和/或输出电压调节。
6.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构还包括散热装置，所述散热装置设置在所述铝基板的与算力IC模块相对应的另一侧，与所述铝基板电连接。

说明书全文

一种高性能计算机算力板的拓扑结构

技术领域

[0001] 本实用新型涉及高性能计算机技术领域，尤其涉及一种高性能计算机算力板的拓扑结构。

背景技术

[0002] 现有的高性能计算机算力板均为功耗较大的，往往采用铝基板来解决算力版的散热问题，但是铝基板只能单层走线，且电流大，这样将会对计算机的主板模块等其他的模块数据通信的信号线有较大干扰；并且在现有技术中，为了提高电源的各项指标，减小对外接电源的性能的依赖，常用做法是在算力板上增加DCDC模块，这相当于又增加了数据通信信号线干扰源，大大降低了产品的可靠性。实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种高性能计算机算力板的拓扑结构，对算力IC模块采用铝基板，保证散热；对于数据通信相关电路和电源模块则采用多层板设计，提高信号抗干扰及传输可靠性。

[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种高性能计算机算力板的拓扑结构，所述拓扑结构包括：设置在铝基板上的算力IC模块，以多层PCB板设计的电源模块以及以多层PCB板设计的信号处理与控制模块；其中，

[0005] 所述电源模块一端通过I2C总线与算力IC模块连接，另一端与外部电源相连接，将外部电源转换为稳压的直流电源为算力IC模块提供电源；所述信号处理与控制模块一端通过I2C总线与算力IC模块连接，另一端与上位机连接，所述信号处理与控制模块用于桥接算力IC模块与上位机之间信号处理与通信。

[0006] 可选的，所述算力IC模块包括N个算力IC芯片，其中每个算力IC芯片并联的焊接在PCB板上，其中，所述PCB板为铝基板。

[0007] 可选的，所述算力IC芯片内设置有温度传感器，将算力IC芯片的当前温度转换为温度信号，基于所述I2C总线传输至所述信号处理与控制模块；所述信号处理与控制模块通过解析所述温度信号，获取算力IC芯片的实时温度。

[0008] 可选的，所述信号处理与控制模块包括信号电平转换电路以及Redriver芯片；

[0009] 所述电平转换电路用于对算力IC模块传输来的算力IC信号依次进行信号放大、电平转换处理，并输入Redriver芯片；

[0010] Redriver芯片对输入的信号进行增加驱动能力之后，上传至上位机。

[0011] 可选的，所述信号处理与控制模块通过基于输入/输出接口与电源模块相连接，实时采集电源模块的电源电压来对所述电源模块输出电源进行监控；并用于产生电源控制指令，控制电源模块电源使能和/或输出电压调节。

[0012] 可选的，所述拓扑结构还包括散热装置，所述散热装置设置在所述铝基板的与算力IC模块相对应的另一侧；与所述铝基板电连接。

[0013] 另外，本实用新型实施例还提供了一种高性能计算机算力板的控制方法，所述方法包括：

[0014] 信号处理与控制模块实时采集电源模块的电源电压信号；以及，[0015] 信号处理与控制模块实时接收算力IC模块基于I2C发送来的算力IC芯片的温度信号；

[0016] 信号处理与控制模块基于所述电源电压信号生成电压控制指令，并将所述电压控制指令发送至电源模块进行电压控制；

[0017] 信号处理与控制模块基于温度信号生成散热控制指令，将所述散热控制指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制。

[0018] 可选的，所述信号处理与控制模块基于所述电源电压信号生成电压控制指令，并将所述电压控制指令发送至电源模块进行电压控制，包括：

[0019] 信号处理与控制模块将所述电源电压信号与预设电压阈值进行比较；

[0020] 若所述电源电压信号大于预设电压阈值时，则生成控制电压降低的电压控制指令发送至电源模块进行电压降低控制；

[0021] 若所述电源电压信号等于预设电压阈值时，则生成控制电压保持不变的电压控制指令发送至电源模块进行电压保持控制；

[0022] 若所述电源电压信号小于预设电压阈值时，则生成控制电压升压的电压控制指令发送至电源模块进行电压升压控制。

[0023] 可选的，所述信号处理与控制模块基于温度信号生成散热控制指令，将所述散热控制指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制，包括：

[0024] 所述信号处理与控制模块将所温度信号计算转化为温度信息；

[0025] 所述信号处理与控制模块将所述温度信息与预设温度信息进行比较；

[0026] 若所述温度信息大于预设温度信息时，所述信号处理与控制模块获取当前散热装置的运行情况，若散热装置已启动且为最大功率运行，所述信号处理与控制模块生成温度预警指令，基于铝基板发送至算力IC模块；若散热装置已启动且为以最大散热功率运行，所述信号处理与控制模块生成增加散热装置运行功率指令，将所述增加散热装置运行功率指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制；若散热装置未启动，所述信号处理与控制模块生成启动散热装置运行指令，将所述启动散热装置运行指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制；

[0027] 若所述温度信息小于预设温度信息时，所述信号处理与控制模块获取当前散热装置的运行情况，若散热装置以最小功率运行，所述信号处理与控制模块生成关闭散热装置运行指令，将所述关闭散热装置运行指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制；若散热装置以大功率运行，所述信号处理与控制模块生成降低散热装置运行功率指令，将所述降低散热装置运行功率指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制。

[0028] 可选的，所述方法还包括：

[0029] 所述信号处理与控制模将算力IC模块传输来的算力IC信号以此经过信号放大、电平转换以及增加驱动能力处理后，基于系统总线上传至上位机。

[0030] 在本实用新型实施例中，通过将算力IC模块、电源模块和信号处理与控制模块分别设置在不材质的PCB板上，各个模块之间通过I2C相互连接，其中，算力IC模块设置在铝基材料的PCB板上，因算力模块电流大，发热量大，铝基板具有良好的散热效果，保障算力IC模块的散热需求；电源模块和信号处理与控制模块分别独立设置在不同的多层PCB板上，因电源模块电流大，容易产生干扰信号，而信号处理与控制模块所需电压低，电流小，容易受外界干扰，这样分设在不同的PCB板上，降低相互之间的信号干扰，且提高信号抗干扰及传输可靠性。附图说明

[0031] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0032] 图1是本实用新型实施例中的高性能计算机算力板的拓扑结构的结构组成示意图；

[0033] 图2是本实用新型另一实施例中的高性能计算机算力板的拓扑结构的结构组成示意图；

[0034] 图3是本实用新型实施例中的高性能计算机算力板的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

[0035] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0036] 实施例

[0037] 请参阅图1和图2，图1是本实用新型实施例中的高性能计算机算力板的拓扑结构的结构组成示意图；图2是本实用新型另一实施例中的高性能计算机算力板的拓扑结构的结构组成示意图。

[0038] 如图1和图2所示，一种高性能计算机算力板的拓扑结构，所述拓扑结构包括：设置在铝基板上的算力IC模块13，以多层PCB板设计的电源模块11以及以多层PCB板设计的信号处理与控制模块12；其中，所述电源模块11一端通过I2C总线与算力IC模块连接，另一端与外部电源相连接，将外部电源转换为稳压的直流电源为算力IC模块13提供电源；所述信号处理与控制模块12一端通过I2C总线与算力IC模块连接13，另一端与上位机连接，所述信号处理与控制模块12用于桥接算力IC模块13与上位机之间信号处理与通信。

[0039] 在本实用新型具体实施过程中，算力IC模块13为系统核心计算部分，其特点是电流大，发热量大，采用铝基板可以很好的解决散热问题，但是对信号完整性带来很大挑战，尤其是走线没有足够大面积的情况下；电源模块11为整个系统供电，其特点是大电流，对外干扰大；信号处理与控制电路模块12负责控制与监控整体系统，其特点是所需电压低，电流小，易受外外界干扰，对整机可靠性尤为重要；在本实用新型中，将三个模分开涉及，因各自特点不同，采用不同材质PCB板设计，各班之间通对应的信号线与接口连接；算力IC模块13采用铝基板，有效的保证了散热效果；电源模块11采用多层板设计做好信号包地处理，减小对外干扰；信号处理与控制模块12采用多层板设计，做好信号保护，减小外接对其的信号干扰，提高数据通信可靠性。

[0040] 在本实用新型具体实施过程中，所述算力IC模块13包括N个算力IC芯片，其中每个算力IC芯片并联的焊接在PCB板上，其中，所述PCB板为铝基板。

[0041] 具体的，算力IC模块13中包括多个算力IC芯片，这些算力IC芯片并联的焊接在铝制PCB板上，且PCB板为铝基板；并联的焊接，这样可以有效的控制算力IC芯片之间独立工作或者协同工作；其中，对算力IC芯片的具体信号不做限定，可有用户自行制定；铝基板为通用的铝基作为基板的PCB板；

[0042] 在本实用新型具体实施过程中，所述算力IC芯片内设置有温度传感器，将算力IC芯片的当前温度转换为温度信号，基于所述I2C总线传输至所述信号处理与控制模块12；所述信号处理与控制模块12通过解析所述温度信号，获取算力IC芯片的实时温度。

[0043] 在本实用新型具体实施过程中，所述信号处理与控制模块12包括信号电平转换电路以及Redriver芯片；所述电平转换电路用于对算力IC模块传输来的算力IC信号依次进行信号放大、电平转换处理，并输入Redriver芯片；Redriver芯片对输入的信号进行增加驱动能力之后，上传至上位机。

[0044] 在本实用新型具体实施过程中，所述信号处理与控制模块通过基于输入/输出接口与电源模块相连接，实时采集电源模块的电源电压来对所述电源模块输出电源进行监控；并用于产生电源控制指令，控制电源模块电源使能和/或输出电压调节。

[0045] 在本实用新型具体实施过程中，所述拓扑结构还包括散热装置，所述散热装置设置在所述铝基板的与算力IC模块13相对应的另一侧；与所述铝基板电连接。

[0046] 具体的，电源模块11与算力IC模块13通过的I2C连接，但不限于I2C；信号处理与控制模包括信号电平转换及Redriver芯片，Redriver芯片不限于某个型号，能实现相应的功能即可；接口不限制是否采用接口芯片或者具体型号芯片；信号处理与控制模块13通过实时采集电源模块11的电源电压来对电源输出进行监控，对电源模块11的控制信号本身由信号处理与控制模块12发出；算力IC芯片内部有温度传感器，形成温度信号，向信号处理与控制模块12输出，信号处理与控制模块12在采集后通过计算得到算力IC芯片温度。

[0047] 具体的，为保证信号质量，算力IC模块13信号在铝基板上就近引出，通过连接器(I2C)等方式接入信号处理与控制模块12，进行信号处理(包括但不限于信号放大，电平转换，增加驱动能力等)后传出给上位机。

[0048] 具体的，外部电源直接接入电源模块11，电源模块11处理后(电源模块不限于具体电路结构，可以不同厂商的，也可以是自己设计；只要满足如下条件即可：1.正常交流电输入，直流输出，输出电压满足算力芯片模块需求；电压可以通过I2C等接口调节)(包括但不限于直流升降压、交流转直流、滤波等处理)，输出给算力IC模块12的铝基板。

[0049] 信号处理与控制模12除了桥接算力IC模块13与上位机之间信号处理与通信，还可以对算力IC模块13中的算力IC芯片的状态(如温度)进行监控，对电源模块11进行控制(包括但不限于电源使能\输出电压调节)。

[0050] 在本实用新型实施例中，通过将算力IC模块、电源模块和信号处理与控制模块分别设置在不材质的PCB板上，各个模块之间通过I2C相互连接，其中，算力IC模块设置在铝基材料的PCB板上，因算力模块电流大，发热量大，铝基板具有良好的散热效果，保障算力IC模块的散热需求；电源模块和信号处理与控制模块分别独立设置在不同的多层PCB板上，因电源模块电流大，容易产生干扰信号，而信号处理与控制模块所需电压低，电流小，容易受外界干扰，这样分设在不同的PCB板上，降低相互之间的信号干扰，且提高信号抗干扰及传输可靠性。

[0051] 实施例

[0052] 请参阅图3，图3是本实用新型实施例中的高性能计算机算力板的控制方法的流程示意图。

[0053] 如图3所示，一种高性能计算机算力板的控制方法，所述方法包括：

[0054] S11：信号处理与控制模块实时采集电源模块的电源电压信号；以及，信号处理与控制模块实时接收算力IC模块基于I2C发送来的算力IC芯片的温度信号；

[0055] 在本实用新型具体实施过程中，信号处理与控制模块通过实时采集电源模块的电源电压来对电源输出进行监控，同时信号处理与控制模块通过I2C实时接收算力IC模块中算力IC芯片内部的温度传感器采集到的温度信号。

[0056] S12：信号处理与控制模块基于所述电源电压信号生成电压控制指令，并将所述电压控制指令发送至电源模块进行电压控制；

[0057] 在本实用新型具体实施过程中，所述信号处理与控制模块基于所述电源电压信号生成电压控制指令，并将所述电压控制指令发送至电源模块进行电压控制，包括：信号处理与控制模块将所述电源电压信号与预设电压阈值进行比较；若所述电源电压信号大于预设电压阈值时，则生成控制电压降低的电压控制指令发送至电源模块进行电压降低控制；若所述电源电压信号等于预设电压阈值时，则生成控制电压保持不变的电压控制指令发送至电源模块进行电压保持控制；若所述电源电压信号小于预设电压阈值时，则生成控制电压升压的电压控制指令发送至电源模块进行电压升压控制。

[0058] 具体的，信号处理与控制模块根据电源模块的电源电压的变化，产生不同的控制指令，控制电源模块为整个计算机算力板提供稳定的电源电压。

[0059] S13：信号处理与控制模块基于温度信号生成散热控制指令，将所述散热控制指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制；

[0060] 在本实用新型具体实施过程中，所述信号处理与控制模块基于温度信号生成散热控制指令，将所述散热控制指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制，包括：所述信号处理与控制模块将所温度信号计算转化为温度信息；所述信号处理与控制模块将所述温度信息与预设温度信息进行比较；若所述温度信息大于预设温度信息时，所述信号处理与控制模块获取当前散热装置的运行情况，若散热装置已启动且为最大功率运行，所述信号处理与控制模块生成温度预警指令，基于铝基板发送至算力IC模块；若散热装置已启动且为以最大散热功率运行，所述信号处理与控制模块生成增加散热装置运行功率指令，将所述增加散热装置运行功率指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制；若散热装置未启动，所述信号处理与控制模块生成启动散热装置运行指令，将所述启动散热装置运行指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制；若所述温度信息小于预设温度信息时，所述信号处理与控制模块获取当前散热装置的运行情况，若散热装置以最小功率运行，所述信号处理与控制模块生成关闭散热装置运行指令，将所述关闭散热装置运行指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制；若散热装置以大功率运行，所述信号处理与控制模块生成降低散热装置运行功率指令，将所述降低散热装置运行功率指令基于铝基板发送至散热装置上进行散热控制。

[0061] 具体的，根据算力IC芯片的温度，信号处理与控制模块产生控制散热装置的指令或者将过热预警发送回给算力IC模块，从而调整整个算力IC模块及其中的算力IC芯片的温度，保障工作效率的前提下，防止算力IC模块超过负载负荷工作，影响元件寿命。

[0062] S14：所述信号处理与控制模将算力IC模块传输来的算力IC信号以此经过信号放大、电平转换以及增加驱动能力处理后，基于系统总线上传至上位机。

[0063] 在本实用新型实施例中，通过信号处理与控制模对电源模块以及算力IC模块的有效控制，可以为整个高性能计算机算力板提供稳定的电源，以及保障算力IC模块的散热。

[0064] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

[0065] 另外，以上对本实用新型实施例所提供的一种高性能计算机算力板的拓扑结构进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

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