[发明专利]一种抽屉式高密度FPGA云平台机箱

说明书

本发明提出一种抽屉式高密度FPGA云平台机箱，包括：位于机箱底部的交换模块和位于交换模块上的供电模块以及位于供电模块上的抽屉结构；抽屉结构内设有控制板卡和FPGA节点板卡，FPGA节点板卡通过预设接口插接于控制板卡；供电模块的输电端电性连接交换模块和控制板卡的电源输入接口，交换模块的网络交换接口与FPGA节点板卡的网络接口相连，用于交互FPGA节点板卡之间的数据。本发明将使得FPGA云平台机箱内的FPGA节点板卡可部署密度大幅度提高。降低机箱内的布线成本、装卸复杂度和维护难度。通过使用自主研发的控制管理系统，为用户提供一个全面、便捷的开发环境。对机箱及板卡状态实时监控并通过预设接口减少手工接线数量，提高FPGA云平台机箱的可靠性。

技术领域

本发明涉及计算机体系结构以及FPGA(现场可编程门阵列)异构加速领域，特别涉及一种基于可编程门阵列的云平台服务器。

背景技术

近年来FPGA因其高能效、并行计算和可多次编程等优势，逐渐成为计算机各领域考虑的应用方案之一，尤其在媒体压缩、加解密、AI、大数据处理等领域，FPGA方案较传统CPU和GPU，往往可达到几倍甚至几十倍的能效提升。由于这样的趋势，FPGA云平台应运而生。

FPGA机箱之于FPGA云平台，就像商用标准x86机箱之于云计算平台。作为FPGA云平台的核心硬件组件，FPGA机箱主要以标准的x86服务器为基础、辅以机箱内部x86主板上的PCIe接口形式FPGA硬件插卡。在传统的FPGA云平台机箱内部，电源、风扇、主板、业务板卡等通常放置于同一层或同一平面之上。各模块一般前后放置，并通过线缆连接。这样的组织结构使得机箱装配较为复杂。机箱内的电路板卡组件多是由一块x86服务器主板(控制板卡)以及多块FPGA节点板卡(业务板卡)组成，FPGA节点板卡通过PCIe接口的金手指插入到x86服务器控制板卡中进行数据交互。通常情况下FPGA云平台机箱据自身机箱尺寸以及主板x86服务器PCIe的接口数量，可部署的FPGA节点数量不会超过8个，所以单机箱内可提供服务的FPGA节点资源受限。在现有云计算框架和商用x86服务器机箱的双重限制下，如果进行大规模部署，则需要大量的x86服务器承载FPGA节点板卡，从而导致部署成本提高，机房物理空间利用率降低。因此，在这种传统的FPGA云平台机箱模式下，FPGA节点很难进行大规模、高密度的部署。

此外，目前的商用FPGA云平台通常是将x86服务器与FPGA节点作为一种资源提供给云端用户。用户可以在x86服务器中开发自己的应用软件，也可以在x86服务器中完成FPGA加速逻辑的开发。这种方式对于仅需要FPGA资源的用户将造成资源浪费和成本增加。

第三，现有FPGA节点板卡是通过机箱内的x86服务器主板进行管理和配置，用户必须要先访问x86服务器，然后在x86服务器中启动相关进程才可对FPGA节点板卡进行对应的管理和配置，灵活性不强。

按现有云平台机箱x86+业务板卡的架构，单机箱内无法进行高密度FPGA节点部署。

针对现有的FPGA云平台机箱，机箱安装时板卡供电及数据交互多通过线缆连接，各模块及板卡分立安装，装配难度较大，维护起来不够灵活。

用户无法直接对FPGA节点板卡进行相关配置及应用，若有需求访问FPGA节点板卡，需通过x86服务器才可实现。

在机箱内部FPGA节点板卡相互之间的数据交互无法直接进行。

发明内容

本发明针对现有云平台架构的缺点，有效降低FPGA云平台机箱部署以及维护的成本；在有限空间的机箱内，大幅度提升FPGA节点板卡的部署密度；由于没有使用x86服务器作为FPGA节点的管理板卡，在进行大规模FPGA节点部署时能够节省更多的经济成本；

使用自主研发的控制管理系统，能够更合理、高效的管理配置机箱内的FPGA节点板卡，提高云平台的资源使用效率。

针对现有技术的不足，本发明提出一种抽屉式高密度FPGA云平台机箱，其中包括：