一种机架式服务器的制作方法

本发明实施方式涉及服务器技术领域，特别是涉及一种机架式服务器。

背景技术：

软件定义存储(Software Defined Storage，SDS)、软件定义网络(Software Defined Networking，SDN)、软件定义数据中心(Software Defined Data Center，SSDC)……，一个软件定义一切(Software Defined anything，SDX)的时代正在来临。然而，虽然软件可以定义一切，但必须要有被软件定义的硬件才能够实现。对SDS、SDN以及SSDC来说，软件定义的硬件基础是通用型服务器。以SDS为例，首先需要在服务器的HDD或SSD中安装可运行存储定义软件的操作系统以及存储定义软件本身，然后使得存储定义软件在服务器的内存中运行，以使通用型服务器成为存储设备，通过以太网接受客户端的请求并将数据存储到服务器的SSD或HDD中，或从SSD或HDD中将存储的数据读出。

目前的通用型服务器一般采用Intel专用于服务器的至强系列CPU，这种类型的通用型服务器具有以下缺点：

一、单台通用型服务器无法满足高性能计算的需要，必需由多台通用型服务器组成集群。但对于众多运算量不大的应用来说，单台通用型服务器的处理能力又是过剩的，需要将其划分为多台虚拟服务器或者挂载多个存储设备才能充分利用其处理能力；但受限于单台通用型服务器的CPU处理能力和网络带宽，当划分的虚拟服务器或挂接的存储设备达到一定数量后，会导致CPU处理能力和网络带宽成为瓶颈；

二、为了保证通用性和扩展性，在主板上配置相当数量不同种类的接口，太多的接口和外设既增加了配置系统的难度、也增加了功耗和空间占率，增加了成本和功耗；

三、在由多台通用型服务器通过软件定义的分布式存储群集中，每台通用型服务器均连接了多块HDD，如果其中一台服务器故障，将会使得这些HDD均无法工作，导致整个群集可靠性降低，维护费用增加；

四、除了通用型服务器本身可以编程外，组成服务器的部件如HDD、SSD以及内存模组等均无法编程也无法通过软件来定义。不仅增加了服务器以及服务器群集的功耗、空间和成本，又使得服务器和服务器群集缺乏灵活性和可靠性。

技术实现要素：

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种机架式服务器，可以将不同模块根据应用的需要进行组合和扩充，配置灵活方便，并降低了功耗，提升了效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种机架式服务器，包括机箱、背板和至少一电源模块；所述背板上设置至少一第一网络接口、至少一第二网络接口、至少一第一电源接口、至少一第二电源接口以及至少一供电接口；所述服务器还包括至少一交换模块以及至少一硬盘驱动模块、固态硬盘驱动模块和/或计算缓存模块；其中，每个所述供电接口用于与一个所述电源模块连接；每个所述第一网络接口用于与一个所述硬盘驱动模块、固态硬盘驱动模块或者计算缓存模块连接；每个所述第一电源接口用于与一个所述硬盘驱动模块、固态硬盘驱动模块或者计算缓存模块连接；每个所述第二网络接口和每个所述第二电源接口分别用于与一个所述交换模块连接。

其中，所述硬盘驱动模块包括硬盘驱动器、第一托架和第一电路板；所述第一电路板固定在所述第一托架上，所述第一托架可插拔地定位在所述机箱内部；所述第一电路板上设置CPU、内存、网络接口、电源接口和数据接口；所述硬盘驱动器设置数据接口和电源接口，分别与所述第一电路板上设置的数据接口和电源接口对应地连接；所述第一电路板设置的网络接口和电源接口分别用于与所述背板上的第一网络接口和第一电源接口对应地插接。

其中，所述固态硬盘模块包括第二托架和第二电路板；所述第二电路板固定在所述第二托架上，所述第二托架可插拔地定位在所述机箱内部；所述第二电路板上设置CPU、内存、网络接口、电源接口和多个M.2接口；所述M.2接口用于连接固态硬盘，所述第二电路板设置的网络接口和电源接口分别用于与所述背板上的第一网络接口和第一电源接口对应地插接。

其中，所述第二电路板上设置1-4个所述M.2接口。

其中，所述计算缓存模块包括第三托架和第三电路板；所述第三电路板固定在所述第三托架上，所述第三托架可插拔地定位在所述机箱内部；所述第三电路板上设置CPU、多个小外形双列直插式内存模组插座、网络接口、电源接口以及至少一个M.2接口；所述M.2接口用于连接固态硬盘，所述小外形双列直插式内存模组插座用于插接小外形双列直插式内存，所述第三电路板设置的网络接口和电源接口分别用于与所述背板上的第一网络接口和第一电源接口对应地插接。

其中，所述第三电路板上设置一个所述M.2接口，2-8个小外形双列直插式内存模组插座。

其中，所述交换模块包括第四托架和第四电路板；所述第四电路板固定在所述第四托架上，所述第四托架可插拔地定位在所述机箱内部；所述第四电路板上设置CPU、内存、多个网络接口和电源接口；所述第四电路板设置的网络接口和电源接口分别用于与所述背板上的第二网络接口和第二电源接口对应地插接，所述内部网络接口还与所述硬盘驱动模块、固态硬盘驱动模块或计算缓存模块连接。

其中，所述背板上设置18个所述第一网络接口、2个所述第二网络接口、18个所述第一电源接口、2个所述第二电源接口以及2个所述供电接口；每一所述第一网络接口插接一个所述硬盘驱动模块或一个所述固态硬盘驱动模块，每一所述第二网络接口插接一个所述交换模块，每一所述第一电源接口插接一个所述硬盘驱动模块或一个所述固态硬盘驱动模块，每一所述第二电源接口插接一个所述交换模块，每一供电接口插接一个所述电源模块。

其中，所述背板上设置1个所述第一网络接口、2个所述第二网络接口、1个所述第一电源接口、2个所述第二网络接口以及2个所述供电接口；所述第一网络接口和所述第一电源接口分别插接一所述计算缓存模块，每一所述第二网络接口插接一个所述交换模块，每一所述第二电源接口插接一个所述交换模块，每一供电接口插接一个所述电源模块。

其中，所述背板上设置18个所述第一网络接口、2个所述第二网络接口、18个所述第一电源接口、2个所述第二电源接口以及2个所述供电接口；15个所述第一网络接口中，每一所述第一网络接口插接一所述硬盘驱动模块，其余3个所述第一网络接口中，每一所述第一网络接口插接一所述计算缓存模块；15个所述第一电源接口中，每一所述第一电源接口插接一所述硬盘驱动模块，其余3个所述第一电源接口中，每一所述第一电源接口插接一所述硬盘驱动模块；每一所述第二网络接口插接一个所述交换模块，每一所述第二电源接口插接一个所述交换模块，每一供电接口插接一个所述电源模块。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式中的机架式服务器，在背板上设置第一网络接口、第二网络接口、第一电源接口、第二电源接口以及供电接口，第一网络接口和第一电源接口分别用于插接硬盘驱动模块、固态硬盘驱动模块或者计算缓存模块，第二网络接口和第二电源接口分别用于插接交换模块。本发明实施方式中的机架式服务器，全部模块可以编程成为智能设备，并且保证CPU的处理能力与设备和网络所需要的处理能力以及I/O链是平衡的，不存在性能瓶颈，这些模块可通过交换模块连接，在硬件结构上保证了系统的性能随着模块数量的增长而增长，可以将不同模块根据应用的需要进行组合和扩充，配置灵活方便，支持模块在运行维护过程中的热插拔，降低了功耗，提升了效率。

附图说明

图1是本发明实施方式中一种机架式服务器的结构图；

图2是本发明实施方式中背板的结构示意图；

图3是本发明实施方式中硬盘驱动模块的结构示意图；

图4是本发明实施方式中固态硬盘模块的结构示意图；

图5是本发明实施方式中计算模块的结构示意图；

图6是本发明实施方式中交换模块的结构示意图；

图7是本发明实施方式中一种机架式服务器的机箱平面示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，是本发明实施方式中一种机架式服务器的结构示意图。该服务器包括机箱100、背板11和至少一个电源模块12。背板11上设置第一网络接口、第二网络接口、第一电源接口、第二电源接口以及供电接口，供电接口与电源模块12电连接。

其中，第一网络接口和第一电源接口用于分别与HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动)模块13、SSD(Solid State Drives，固态硬盘驱动)模块14、或者计算缓存模块15设置的网络接口和电源接口对应连接，为其提供数据通信和供电电源。

第二网络接口和第二电源接口用于与交换模块16设置的网络接口和电源接口对应连接，为其提供数据通信和供电电源。

进一步地，HDD模块13、SSD模块14、计算缓存模块15以及交换模块16均可以为其网络接口分配地址，还可以安装操作系统和应用软件以实现对模块进行编程和操作。

由于，HDD模块13、SSD模块14和计算缓存模块15的外形尺寸和接口是一样的，因此，这三种模块可以混合使用第一网络接口以及第一电源接口，还可在标准2U或4U机架式服务器机箱100中热拔插或互换。

背板11、HDD模块13、SSD模块14、计算缓存模块15以及交换模块16的具体结构请参见下文。

请参阅图2，为本发明实施方式中的背板11的结构示意图。背板11上设置供电接口、与HDD模块13、SSD模块14或计算缓存模块15通信的第一网络接口以及为其供电的第一电源接口、与交换模块16通信的第二网络接口以及为其供电的第二电源接口。其中，每个第一网络接口与一个第一电源接口对应设置，每个第二网络接口与一个第二电源接口对应设置。进一步地，供电接口与电源模块12连接，每个第一、二电源接口均与该供电接口连接，用于与该电源模块12形成供电通路。

请参阅图3，为本发明实施方式中的硬盘驱动模块的结构示意图。HDD模块13包括硬盘驱动器20、第一托架和第一电路板。其中，第一电路板固定在第一托架上，第一托架可插拔地定位在机箱100内部。第一电路板上设置CPU、内存、网络接口、电源接口和数据接口。硬盘驱动器20设置数据接口和电源接口，分别与第一电路板上设置的数据接口和电源接口对应地连接。第一电路板设置的网络接口和电源接口分别与背板11上的第一网络接口和第一电源接口对应地插接。

请参阅图4，为本发明实施方式中的固态硬盘模块的结构示意图。SSD模块14包括第二托架和第二电路板。其中，第二电路板固定在第二托架上，第二托架可插拔地定位在机箱100内部。第二电路板上设置CPU、内存、网络接口、电源接口和多个M.2接口。M.2接口用于连接固态硬盘，第二电路板设置的网络接口和电源接口分别与背板11上的第一网络接口和第一电源接口对应地插接。

进一步地，SSD模块14的第二电路板上设置1-4个M.2接口，可通过M.2接口插接1-4个M.2接口的SSD。

请参阅图5，为本发明实施方式中的计算缓存模块15的结构示意图。计算缓存模块15包括第三托架和第三电路板。其中，第三电路板固定在第三托架上，第三托架可插拔地定位在机箱100内部。第三电路板上设置CPU、SO-DIMM(Small Outline Dual In-line Memory Module，小外形双列直插式内存模组)插座、网络接口、电源接口以及M.2接口。M.2接口用于连接固态硬盘，SO-DIMM插座用于插接SO-DIMM内存，第三电路板设置的网络接口和电源接口分别与背板11上的第一网络接口和第一电源接口对应地插接。进一步地，计算缓存模块15的固态硬盘用于安装操作系统和应用软件。

进一步地，计算缓存模块15的第三电路板上设置一个M.2接口，可插接一块M.2接口的SSD，2-8个SO-DIMM插槽，可插接2-8个SO-DIMM内存模组。

请参阅图6，为本发明实施方式中的交换模块16的结构示意图。交换模块16包括第四托架和第四电路板。其中，第四电路板固定在第四托架上，第四托架可插拔地定位在机箱100内部。第四电路板上设置CPU、内存、多个网络接口和电源接口。第四电路板设置的网络接口和电源接口分别与背板11上的第二网络接口和第二电源接口对应地插接。

进一步地，该第二网路接口包括多个内部网络接口和多个外部网络接口。其中，内部网络接口通过与第一网路接口连接，进而与服务器内部的HDD模块13、SSD模块14、计算缓存模块15以及另一个交换模块16连接，外部网络接口可与客户端以及其它通用型服务器连接。

如上所述，HDD模块13、SSD模块14、计算缓存模块15、交换模块16以及电源模块12均可编程并通过软件定义成为智能模块，均采用ARM或ATOM低功耗CPU作为处理器，且均设置供电接口以连接到电源模块12。

由于，每个模块是最基本的单元，并且设置的CPU与其负载是相适应的，接口也是对应且匹配的，因此只需要在相应接口上直接插接对应的外设，例如HDD或SSD，无须配置网卡、阵列卡或通道卡之类的附件，就可以保证CPU的处理能力与外设是匹配的。

因此，本发明的服务器可以根据需要进行配置，在相应的接口上直接插接对应的外设，可以将不同模块根据应用的需要进行组合和扩充，实现服务器的通用性。

在一实施方式中，一个2U标准的机箱100，包括：18个HDD模块13、2个交换模块16、2个电源模块12；背板11上设置18个第一网络接口、2个第二网络接口、18个第一电源接口、2个第二电源接口以及2个供电接口；每一第一网络接口插接一个HDD模块13，每一第二网络接口插接一个交换模块16，每一第一电源接口插接一个HDD模块13，每一第二电源接口插接一个交换模块16，每一供电接口插接一个电源模块12。

在另一实施方式中，一个2U标准的机箱100，包括：18个SSD模块14、2个交换模块16、2个电源模块12；背板11上设置18个第一网络接口、2个第二网络接口、18个第一电源接口、2个第二电源接口以及2个供电接口；每一第一网络接口插接一个SSD模块14，每一第二网络接口插接一个交换模块16，每一第一电源接口插接一个SSD模块14，每一第二电源接口插接一个交换模块16，每一供电接口插接一个电源模块12。

在另一实施方式中，一个2U标准的机箱100，包括：1个计算缓存模块15、2个交换模块16、2个电源模块12；背板11上设置1个第一网络接口、2个第二网络接口、1个第一电源接口、2个第二网络接口以及2个供电接口；第一网络接口和第一电源接口分别插接一计算缓存模块15，每一第二网络接口插接一个交换模块16，每一第二电源接口插接一个交换模块16，每一供电接口插接一个电源模块12。

在另一实施方式中，一个2U标准的机箱100，包括：15个HDD模块13、3个计算缓存模块15、2个交换模块16、2个电源模块12；背板11上设置18个第一网络接口、2个第二网络接口、18个第一电源接口、2个第二电源接口以及2个供电接口；15个第一网络接口中，每一第一网络接口插接一HDD模块13，其余3个第一网络接口中，每一第一网络接口插接一计算缓存模块15；15个第一电源接口中，每一第一电源接口插接一硬盘驱动模块，其余3个第一电源接口中，每一第一电源接口插接一计算缓存模块15；每一第二网络接口插接一个交换模块16，每一第二电源接口插接一个交换模块16，每一供电接口插接一个电源模块12。

本发明实施方式中的机架式服务器，交换模块16和电源模块12均为双冗余。其余模块可以全部是HDD模块13，也可以全部是SSD模块14或全部是计算缓存模块15；也可以是HDD模块13、SSD模块14和计算缓存模块15混合。所有模块均可热拔插。

请同时参阅图7，为本发明实施方式中一种机架式服务器的机箱平面示意图。

本实施方式中，机箱结构采用标准2U机箱结构，可以支持8块3.5寸热插拔硬盘。中部风扇散热系统包括4个风扇。机箱整体结构分为上下两层，每层高度为1U；上层为存储空间，下层为计算节点以及扩展空间。

主板供电采用两个电源模块，具体可以为12V单电电压直入方式。该机箱中设置3个万兆为服务器模块主板、3个千兆为服务模块主板以及2个千兆万兆融合交换模块，其中，万兆微服务模块主板固定在托架上，托架插入直接与机箱背板11对接。

在本实施方式中，以采用Marvell A385-Cortex A9CPU的HDD模块13构建的通用型服务器硬件，通过软件定义的存储服务器与前述采用Intel至强E5-2609v3CPU的Dell R730 2U机架式通用型服务器通过软件定义的存储服务器比较如下：

A385CPU为2核，Marvell A385-Cortex A9，采用该CPU构建的HDD模块13有2GB内存，2个千兆以太网口，接一块3.5寸HDD。如将CPU处理能力的一半分配给HDD，另一半分配给网卡，则分配给每块HDD的CPU处理能力为1.6Ghz，每个千兆网口的CPU处理能力为1.6/2＝0.8Ghz。在2U机箱100中将12个HDD模块13集成在一起，总功耗为3x12＝36W，内存2x12＝24GB,网络中总带宽为12x 2000＝24000/8＝3000MB/s，每块3.5寸HDD的带宽为150MB/s，12块HDD的总带宽为12x150＝1800MB/s。网络带宽大于HDD带宽，I/O是平衡的，没有瓶颈，由于每块HDD都有一块有2个千兆网口和一个A385CPU的主板，从硬件上保证了系统的I/O吞吐能力和CPU处理能力会随着硬盘数的增加而增加，I/O吞吐能力和CPU处理能力永远是平衡的，不会形成瓶颈。

E5-2609v3CPU为4核，主频2.4GHz，功耗80W，配24GB内存，2个万兆以太网口，在2U机箱100中挂接12块3.5寸HDD。如果将CPU处理能力的一半分配给HDD，另一半分配给网卡，则分配给HDD的CPU处理能力为2(核)x2.4(主频)＝4.8Ghz，每块硬盘分配到的处理能力为4.8/12＝0.4GHz，只有前者的25％。如果将一个万兆网口视为10个千兆网口，则每个千兆网口分配到的CPU处理能力为4.8/20＝0.24GHz，仅为前者的30％。而功耗则是前者的2.2倍。网络总带宽20000/8＝2500MB/s，小于前者的3000MB/s，但大于12块3.5寸HDD的总带宽1800MB/s，I/O链没有瓶颈。但如果HDD数增加一倍，达到24块时，HDD的总带宽将达到3600MB/s，超过网络总带宽2500MB/s，而且每块HDD分配到的处理能力还将下降一倍，每块HDD仅有0.2Ghz的CPU处理能力，除非再增加一块网卡和一个CPU。

超微X10DAI C610X99支持E5-2600V3CPU双路服务器主板的单价为2,290元，E5-2609的报价是1,850元，8GB服务器内存条的单价是349元，3条为1,047元。三者合计为5,187元。采用Marvell A385-Cortex A9CPU，有一个SATA接口、2个千兆网络接口、2GB内存、4GB闪存的小尺寸主板每块的单价量产后不超过20美元，12块为240美元，按1美元＝6.5人民币元的汇率计算，为1,560元。仅为前者的1560/5187＝0.3。

采用Marvell A385-Cortex A9CPU的HDD模块13构建的新型通用型服务器与采用Intel至强E5-2609v3CPU的主流通用服务器在均挂接12块HDD的情况下，前者的性能是后者的3倍以上，功耗是后者的45％，价格是后者的30％。

由于HDD模块13、SSD模块14和计算缓存模块15的外形尺寸和接口完全一样，可以在2U或4U机箱100中热拔插或互换，连接简单，扩展方便。以SSD模块14为例，在一个SSD模块14上可布置4块M.2接口的SSD，每个SSD模块14占用的空间不大于3.5寸硬盘的空间。按照2U机箱100可安装24块3.5寸硬盘计算，可在此空间中布置4x24＝96块SSD。空间利用率是目前2U 24盘位通用型服务器的4倍，并且CPU处理能力和网络带宽不会成为瓶颈。

本发明的机架式服务器，在背板上设置第一网络接口、第二网络接口、第一电源接口、第二电源接口以及供电接口，第一网络接口和第一电源接口分别用于插接硬盘驱动模块、固态硬盘驱动模块或者计算缓存模块，第二网络接口和第二电源接口分别用于插接交换模块。本发明实施方式中的机架式服务器具有以下特点：

1.单台通用型服务器内部的多个HDD模块、SSD模块和计算缓存模块通过交换模块的内部接口连接在一起，使得其相当于由多台目前主流通用型服务器构建的群集，大大降低了成本、功耗、提升了空间利用率和使用效率；

2.HDD模块、SSD模块和计算缓存模块的外形尺寸和接口是一致的，这三种模块可在标准2U或4U机架式服务器机箱中热拔插或互换，连接简单，扩展方便；

3.任何一个模块故障时均可热拔插，不会影响其它模块正常工作并可按照需要扩展，不存在性能瓶颈，交换模块和电源模块均为双冗余，保证了系统没有单点故障。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施方式，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。