具有扩充性的电子运算系统的制作方法

本实用新型涉及一种电子运算系统，尤指一种可对具有一USB连接口的一外部主机，提升其运算能力的具有扩充性的电子运算系统。

背景技术：

随着资料传输技术的进步，高速资料传输协定也陆续被提出，Thunderbolt(雷电)传输介面可与USB Type C连接器相容，且可达到40Gpbs的传输速度，故目前具有Thunderbolt连接口的运算装置，得以相容于Thunderbolt的传输协定，与同样具有Thunderbolt连接口的一外部装置进行通讯，例如若所述的外部装置为一Thunderbolt显示卡外接盒，并且使用者于运算装置完成Thunderbolt驱动程式及韧体的安装后，运算装置即可成功辨识出所述的外部装置，并判定其为外接式显示卡(External GPU)，进而提升运算装置的图形运算能力。

然而，目前具有Thunderbolt连接口的运算装置大多为高阶的个人计算机或笔记本电脑，换言之，使用者必须耗费较高的硬体成本更换更高阶的机种，方能通过Thunderbolt传输介面提升其运算装置的运算能力，且一旦使用者所购置的运算装置发生故障，即需再添购新的运算装置。

并且，目前中低阶的运算装置(例如个人计算机或笔记本电脑)，大多不具备Thunderbolt连接口，而无法通过Thunderbolt传输介面提升其效能，即便目前使用者可通过拆除笔记本电脑的无线网卡(适配于m-PCIE介面)，并插接适配于m-PCIE传输介面的外部装置(例如显示卡外接盒)，以提升其绘图运算能力，但如此一来，使用者将需要采用额外的方式扩充以太网(Ethernet)。

因此，针对中低阶、且不具有Thunderbolt连接口的运算装置，如何提出一种硬体建置成本较低，且能有效提升运算装置的运算能力的电子运算系统，仍为有待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于上述背景技术的问题，本发明人依据多年来从事相关领域研究的经验，针对通用串行总线(USB)介面及快捷外设互联标准(PCI-E)的相关技术进行研究；因此，本实用新型的目的在于提供一种可对具有一USB连接口的一外部主机，提升其运算能力的具有扩充性的电子运算系统。

为达到上述目的，本实用新型提出一种具有扩充性的电子运算系统，以供连接至一外部主机，电子运算系统包括：至少一图形处理单元，图形处理单元以供基于外部主机的一请求指令，进行运算而产生一PCI-E信号；一转换单元，以供接收PCI-E信号并转换为一USB信号；一主控制单元，以供驱动转换单元动作；一USB介面装置，以供接收转换单元所传递的USB信号，并通过一USB传输线将USB信号传递至外部主机的一USB连接口；而本实用新型据以实施后，USB连接口可将USB信号传递至外部主机的一中央处理单元，以提升其执行一图形处理任务的绘图运算能力或提升其执行一通用运算任务的通用运算能力。

其中，所述图形处理单元为两个以上，其分别与所述转换单元呈电性连接，以分别传递所述PCI-E信号至所述转换单元。

在本实用新型的一实施例中，一USB汇集器可设置于多个电子运算系统与外部装置之间，其中，USB汇集器设置有一连接口，其可连接至外部主机的USB连接口，USB汇集器还可设置其它连接口，以供分别连接至各电子运算系统的USB介面装置。

在本实用新型一实施例中，电子运算系统还包括一USB集线器，其所具有的一个连接口与USB介面装置相连接，USB集线器所具有的其它两个连接口分别与转换单元及主控制单元相连接，并且USB集线器还设置有多个扩充连接口，以供分别与多个USB周边装置相连接。

在本实用新型的一实施例中，一USB汇集器可设置于多个电子运算系统与外部装置之间，其中，USB汇集器设置有一连接口，其可连接至外部主机的USB连接口，USB汇集器还可设置其它连接口，以供分别连接至各电子运算系统的USB介面装置；并且，电子运算系统还可包括一USB集线器，其所具有的一个连接口与USB介面装置相连接，USB集线器所具有的其它两个连接口分别与转换单元及主控制单元相连接，并且USB集线器还设置有多个扩充连接口，以供分别与多个USB周边装置相连接。

其中，各所述USB周边装置为一影像感测装置、一通讯装置及一HID装置的其中一种或其组合。

其中，所述主控制单元与所述影像感测装置呈电性连接，以供从所述影像感测装置接收一影像信号，以通过所述主控制单元传递至所述图形处理单元后，于所述图形处理单元执行所述图形处理任务。

其中，所述图形处理单元设置于一PCI-E介面槽，所述PCI-E介面槽适配于一PCI-E x1介面、一PCI-E x2介面、一PCI-E x4介面、一PCI-E x8介面及PCI-E x16介面的其中一种。

附图说明

图1为本实用新型的系统架构图。

图2为本实用新型的信号流示意图。

图3为本实用新型的另一实施例一的系统架构图。

图4为本实用新型的另一实施例二的系统架构图。

图5为本实用新型的另一实施例二的信号流示意图。

图6为本实用新型的另一实施例三的系统架构图。

附图标记说明

10 电子运算系统

101 图形处理单元

1011 图形记忆体

102 转换单元

103 主控制单元

104 USB介面装置

10’ 电子运算系统

10’’ 电子运算系统

20 外部主机

201 USB连接口

202 中央处理单元

30 USB集线器

301 主控制单元

302 USB周边装置

303 转换单元

40 USB汇集器

L USB传输线。

具体实施方式

请参阅图1及图2，其分别为本实用新型的系统架构图及信号流示意图，具有扩充性的电子运算系统10以供连接于一外部主机20，电子运算系统10包括：至少一图形处理单元101、一转换单元102、一主控制单元103及一USB介面装置104。

图形处理单元101可为一个以上(例如两个)，且其分别具有一图形记忆体1011，且图形处理单元101以供基于外部主机20所传递的一请求指令，进行运算而产生一PCI-E(PCI Express)信号，图形记忆体1011经组态以暂存图形指令、请求指令及影像等资料，其中，所述的请求指令为执行一图形处理任务或一通用运算任务。

转换单元102与图形处理单元101呈电性连接，以供接收图形处理单元101所传递的PCI-E信号，进行信号处理，以分别转换为一USB信号。

主控制单元103与转换单元102呈电性连接，主要对转换单元102传递一控制信号，以驱动转换单元102动作，主控制单元103可为一微处理器(Microprocessor)、一微控制器(Microcontroller Unit，MCU)、一数字信号处理器(DSP)、一专用集成电路(ASIC)或其他类似装置。

USB介面装置104分别与主控制单元103及转换单元102电性连接，以供接收转换单元102所传递的USB信号，并通过一USB传输线L，将USB信号传递到外部主机20的一USB连接口201，并且，转换单元102也以供从USB介面装置104接收外部主机20所传递的请求指令(USB信号)，并进行信号转换，以将外部主机20请求读取图形处理单元101的运算资源的指令，传递至图形处理单元101进行运算。

外部主机20的USB连接口201以供将USB信号传递至外部主机20的一中央处理单元202进行处理，以续行一图形处理任务或一通用运算任务。

其中，有关外部主机20欲执行的图形处理任务，可为2D或3D图形渲染(rendering)的视讯处理或影像加速任务，尤其是因应3D绘图或3D游戏软件的需求，但不以此为限。

其中，外部主机20所欲执行的通用运算任务可指使图形处理单元101以“GPGPU（General-Purpose Computing on GPU，泛用型图形处理单元，也可称图形处理器通用计算）”模式运行，依此，需要执行通用算术处理的指令及资料（例如执行单指令流多数据流(SIMD)的浮点运算指令），可从外部主机20的中央处理单元202传递给图形处理单元101，并将图形处理单元101所运算的算术结果传回中央处理单元202。

承上，若外部主机20是作为一区块链(Blockchain)网路的节点，并用以持续进行一杂凑运算(Hashing)时，则外部主机20可使图形处理单元101以GPGPU模式运行，而可提升其于区块链网路的算力。

另外，上述的外部主机20可为一个人计算机(PC)、一笔记本电脑(NB)、具有USB连接口的一显示装置、一销售时点情报系统(Point of Sale，POS)、一虚拟现实头戴式装置(HMD)或一混合现实头戴式装置的其中一种或其组合，但不以此为限。

另外，图形处理单元101可设置于一PCI-E介面槽，PCI-E介面槽可适配于一PCI-E x1介面、一PCI-E x2介面、一PCI-E x4介面、一PCI-E x8介面及PCI-E x16介面的其中一种。

另外，USB介面装置104可适配于USB 2.0、USB 3.0或USB 3.1等通用串行总线标准的传输规格，但并不以此为限；其中，若USB介面装置104符合USB 3.0的传输规格，则USB介面装置104可具有一电源供应导体对(VBUS、GND)、一SSTX信号导体对(SSTX+、SSTX-)、一第二USB信号导体对为一SSRX信号导体对(SSRX+、SSRX-)及一D信号导体对(D+、D-)。

请参阅图3，其为本实用新型的另一实施例一的系统架构图，本实施例与图1所示实施例的技术类同，主要差异在于，电子运算系统10还包括一USB集线器30，且USB集线器30可包括多个连接口(USB连接器)，则USB集线器30所具有的其中一个连接口可与USB介面装置104相连接，USB集线器30所具有的其它两个连接口，可分别与一主控制单元301及一转换单元303相连接，故有关本实施例的主控制单元301，其与USB介面装置104的连接关系，与图1所示的实施例有所不同，并且，USB集线器30还可设置多个扩充连接口(图中未绘示)，以供分别连接多个USB周边装置302。

其中，各USB周边装置302可为一通讯装置、一影像感测装置、一HID装置（Human Interface Device，人机介面装置）等支援USB传输介面的其中一种装置或其组合。

其中，所述的通讯装置可与一外部装置(图中未绘示)建立通讯，其构成通讯的方式可通过乙太网路、3G、4G LTE、Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth等传输协定达成，但不以此为限。

其中，所述的影像感测装置与主控制单元301呈电性连接，影像感测装置接收一影像信号后，可由主控制单元301传递至图形处理单元101，以供图形处理单元101执行图形处理任务。

请参阅图4及图5，其分别为本实用新型的另一实施例二的系统架构图及信号流示意图，在此实施例的实施架构中，一USB汇集器40可设置于外部主机20及多个电子运算系统10、10’、10’’…之间，且本实施例的电子运算系统10’、10’’…的系统架构与技术，与图1所示实施例的电子运算系统10类同，其中，USB汇集器40可包括多个连接口(图中未绘示)，且USB汇集器40所具有的其中一个连接口，其可连接至外部主机20的USB连接口，而USB汇集器40所具有的其它连接口，除了可连接至电子运算系统10的USB介面装置104，也可分别连接至电子运算系统10’、10’’…的各USB介面装置(图中未绘示)，依此，各电子运算系统10、10’、10’’…的USB介面装置可分别将外部主机20所传递的请求指令，各自传递给转换单元进行处理，并于各自的图形处理单元完成运算后，将USB信号分别传递至外部主机20，以提升外部主机20执行图形处理任务或通用运算任务的运算能力。

请参阅图6，其为本实用新型的另一实施例三的系统架构图，本实施例与图4所示实施例的技术类同，主要差异在于，图4所提供的实施例的电子运算系统10还可包括一USB集线器30，且USB集线器30可包括多个连接口(USB连接器)，则USB集线器30所具有的其中一连接口可与USB介面装置104相连接，USB集线器30所具有的其它两个连接口，则分别与一主控制单元301及一转换单元303相连接，并且，USB集线器30还可设置多个扩充连接口(图中未绘示)，以供分别连接多个USB周边装置302；另外，电子运算系统10’、10’’也可包括USB集线器30，于此不再赘述。

综上所述，本实用新型所提出的电子运算系统，可让具备USB连接口的外部主机，仅需连接一USB传输线，并完成对应于图形处理单元的驱动程式的安装后，外部主机即可成功辨识到到电子运算系统的图形处理单元，并读取其运算资源，进而能提升外部主机执行图形处理任务或提升其执行通用运算任务的运算能力，尤其可提升外部主机于虚拟/扩增/混合现实、杂凑(Hashing)演算(尤其是作为区块练网路中的节点)、训练机器学习模型等应用层面的运算效能；简言之，本实用新型可让使用者以较低的硬体建置成本，有效提升外部主机的运算能力，尤其更适于旧电脑的升级。

并且，由于既有的外部主机(例如一笔记本电脑)为了符合轻薄的需求，很多设计必须作取舍，因此既有外部主机的内建显示卡的功率会比较低，因此，既有外部主机只要外接本实用新型所提出的电子运算系统，即可有效提升外部主机的运算能力，同时又不失移动的方便性。

并且，外部主机可通过连接一USB汇集器，同时连接多个电子运算系统，以使外部主机取得各电子运算系统的图形处理单元的计算资源，且本实用新型的电子运算系统的内部还可设置一USB集线器，借以支援多个USB周边装置的连线需求，进而使电子运算系统具备扩充性。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。