專利名稱：內(nèi)存能力增強的可重構微服務器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算技術領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種內(nèi)存能力增強的可重構微服務器。
背景技術：
隨著數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級領域的服務器規(guī)模的不斷增大，數(shù)據(jù)中心和大系統(tǒng)能效低下的問題愈發(fā)突出和嚴重，系統(tǒng)功耗無謂消耗和浪費，數(shù)據(jù)中心的功耗利用率不足10%，由此帶來的總體成本問題也越發(fā)突出。有數(shù)據(jù)顯示，全球每年服務器消耗的能源費用已經(jīng)占到了服務器采購費用的一半。在這樣的背景下，微服務器(Micro Server)逐漸進入人們的視野，其概念的提出最早可以追溯到2009年，它是在英特爾關于云數(shù)據(jù)中心對低功耗服務器需求的基礎上倡導的一種創(chuàng)新理念，包括英特爾、AMD、ARM在內(nèi)的主要處理器廠商都推出了面向微服務器應用的低功耗處理器，HP、Dell等主要服務器廠商也相繼推出了其微服務器產(chǎn)品。微服務器采用新型的低功耗處理器，相比傳統(tǒng)服務器能效更高，體積更小，因此在相同尺寸的機箱內(nèi)集成密度更高，目前主要用于對計算資源需求較小的獨立主機、靜態(tài)Web頁面支持等網(wǎng)絡服務。目前的微服務器為了提高系統(tǒng)的能效和節(jié)點密度，主要采用低功耗處理器或其它低功耗小型化器件來構建系統(tǒng)，導致其在計算能力、存儲能力、I/o能力等各方面的絕對性能低于現(xiàn)有的標準服務器，限制了微服務器的應用和推廣。因此，希望能夠提供一種內(nèi)存能力增強的并且不會造成系統(tǒng)功耗無謂消耗和浪費的服務器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在上述缺陷，提供一種內(nèi)存能力增強的并且不會造成系統(tǒng)功耗無謂消耗和浪費的服務器。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，包括微處理器、系統(tǒng)總線、內(nèi)存、可重構加速部件以及輸入輸出外設；其中，微處理器、內(nèi)存和輸入輸出外設連接至系統(tǒng)總線，從而微處理器通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和輸入輸出外設進行數(shù)據(jù)交換；而且，微處理器直接連接至可重構加速部件；并且，可重構加速部件連接至系統(tǒng)總線，從而通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和輸入輸出外設進行數(shù)據(jù)交換；其中，可重構加速部件包括可重構運算加速模塊、總線接口轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊、以及與內(nèi)存分別連接的多個可重構內(nèi)存控制器；其中，可重構運算加速模塊和總線接口轉(zhuǎn)換模塊連接至系統(tǒng)總線以進行數(shù)據(jù)交換；可重構運算加速模塊直接連接至微處理器，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊直接連接至總線接口轉(zhuǎn)換模塊以及多個可重構內(nèi)存控制器。優(yōu)選地，可重構加速部件采用可編程邏輯器件實現(xiàn)。優(yōu)選地，可重構加速部件包括可重構運算加速模塊用于通過定制專用的硬件加速計算結構，協(xié)助或取代微處理器完成相應的運算處理功能。優(yōu)選地，可重構內(nèi)存控制器用于支持可重構加速部件對直接與其相連的內(nèi)存芯片或內(nèi)存條的物理訪問與控制，并且，可重構內(nèi)存控制器的硬件邏輯結構與功能是根據(jù)外部內(nèi)存特性通過可重構加速部件的重構與優(yōu)化而實現(xiàn)。優(yōu)選地，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊用于對連接在可重構加速部件上的所有內(nèi)
存進行統(tǒng)一整合與管理。優(yōu)選地，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊用于優(yōu)化和增強的內(nèi)存空間，并且內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊用于執(zhí)行下述功能的至少一種重構內(nèi)存地址空間與實際內(nèi)存體之間的映射方式；對外部的內(nèi)存訪問操作進行緩存；實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能。優(yōu)選地，總線接口轉(zhuǎn)換模塊用于將內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊所提供的內(nèi)存訪問接口轉(zhuǎn)換為基于系統(tǒng)總線協(xié)議的內(nèi)存訪問接口。優(yōu)選地，所述內(nèi)存能力增強的可重構微服務器還包括與可重構運算加速模塊和內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊相連的內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊，其中內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊用于實現(xiàn)可重構加速部件中的可重構運算加速模塊與內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊之間的接口轉(zhuǎn)換，以便可重構運算加速模塊能夠不通過系統(tǒng)總線直接訪問相應的內(nèi)存空間。本發(fā)明提供了一種將低功耗微處理器和可重構加速部件緊密耦合的可重構微服務器系統(tǒng)架構，能夠通過對可重構加速部件進行硬件重構，實現(xiàn)面向目標應用需求的可重構硬件加速，提高系統(tǒng)性能和效率。其中，可重構加速部件能夠提供私有的外部接口，直接連接內(nèi)存、I/o外設等資源，擴展和增強系統(tǒng)資源和能力。而且其中，當可重構加速部件通過私有外部接口連接內(nèi)存時，在內(nèi)存接口和內(nèi)存訪問模式兩個層面實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存能力增強的結構和方法，有效地發(fā)揮可重構加速部件的資源優(yōu)勢和可重特性，提高系統(tǒng)的總體性能和效率。


結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器的功能框圖。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器的功能框圖。需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細描述。隨著半導體技術和計算理論的發(fā)展，一些非傳統(tǒng)的計算形式也逐漸興起，可重構計算就是非常重要的一類。傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)中硬件是固定的，不可改變，人們通過對運行在其硬件之上的軟件進行編程來實現(xiàn)計算等功能，可重構計算采用FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)等可編程邏輯器件，能夠通過對其硬件邏輯進行編程，改變系統(tǒng)中硬件的結構和功能，從而極大的提高了系統(tǒng)的靈活性，通過實現(xiàn)面向特定應用的專用硬件結構，能夠極大的提高系統(tǒng)的總體性能和效率。同時，可重構計算所采用的FPGA等可編程器件的功耗也相對較低，如果能夠與微服務器相結合，必然能夠在保持低功耗的同時，極大的提高微服務器的處理能力。在傳統(tǒng)的微處理器架構下，內(nèi)存的連接和訪問模式是固定的，直接由其內(nèi)存接口、內(nèi)存控制器等決定，在某些實際應用中，這種固定的內(nèi)存連接和訪問模式可能無法滿足應用需求，使得內(nèi)存訪問成為系統(tǒng)的性能瓶頸。由此，能夠通過私有外部接口直接將內(nèi)存與可重構加速部件相連，利用在可重構加速部件內(nèi)實現(xiàn)可重構內(nèi)存擴展增強模塊擴展與增強系統(tǒng)的內(nèi)存能力。<第一實施例>圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器的功能框圖。具體地說，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器包括微處理器10、系統(tǒng)總線100、內(nèi)存20、可重構加速部件40以及輸入輸出外設(以下簡稱I/O 外設)30。其中，微處理器10、內(nèi)存20和輸入輸出外設30連接至系統(tǒng)總線100，從而微處理器10通過系統(tǒng)總線100與內(nèi)存20和輸入輸出外設30進行數(shù)據(jù)交換。微處理器10直接連接至可重構加速部件40 ;并且，可重構加速部件40連接至系統(tǒng)總線100，從而通過系統(tǒng)總線100與內(nèi)存20和輸入輸出外設30進行數(shù)據(jù)交換。例如，I/O外設30包括但不限于硬盤、網(wǎng)絡、USB等設備。其中，例如，可重構加速部件40包括可重構運算加速模塊41、總線接口轉(zhuǎn)換模塊42、內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44、以及與內(nèi)存分別連接的多個可重構內(nèi)存控制器(例如圖1所示的可重構內(nèi)存控制器I和可重構內(nèi)存控制器2)。其中，可重構運算加速模塊41和總線接口轉(zhuǎn)換模塊42連接至系統(tǒng)總線100以進行數(shù)據(jù)交換。并且，可重構運算加速模塊41和總線接口轉(zhuǎn)換模塊42兩個模塊可以共用可重構加速部件40的總線接口，由此兩者在物理上可能只有一個接口以連接至系統(tǒng)總線100?？芍貥嬤\算加速模塊41直接連接至微處理器10，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44直接連接至總線接口轉(zhuǎn)換模塊42以及多個可重構內(nèi)存控制器。具體地說，其中，可重構運算加速模塊41是在可重構加速部件40中通過硬件重構所實現(xiàn)的硬件邏輯模塊，其主要功能是針對實際應用需求特點，通過定制專用的硬件加速計算結構，協(xié)助或取代微處理器10完成相應的運算處理功能，從而提高系統(tǒng)的運算能力，實現(xiàn)對處理器運算能力的增強?？芍貥媰?nèi)存控制器(例如圖1所示的可重構內(nèi)存控制器I和可重構內(nèi)存控制器2)用于支持可重構加速部件40對直接與其相連的內(nèi)存芯片或內(nèi)存條的物理訪問與控制?？芍貥媰?nèi)存控制器與普通內(nèi)存控制器的差別在于，它是由可重構加速部件40實現(xiàn)的，其硬件邏輯結構與功能能夠根據(jù)實際應用需求和外部內(nèi)存特性進行重構與優(yōu)化，以提高系統(tǒng)對內(nèi)存的訪問性能和效率；即，可重構內(nèi)存控制器的硬件邏輯結構與功能是根據(jù)外部內(nèi)存特性等情況通過可重構加速部件40的重構與優(yōu)化而實現(xiàn)。內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44構建在可重構內(nèi)存控制器之上，它能夠?qū)B接在可重構加速部件40上的所有內(nèi)存進行統(tǒng)一整合與管理，根據(jù)實際應用的內(nèi)存訪問需求進行重構，實現(xiàn)內(nèi)存容量聚合、帶寬聚合，根據(jù)應用的內(nèi)存訪問模式特點優(yōu)化對實際物理內(nèi)存的讀寫訪問，提高內(nèi)存訪問效率，提高系統(tǒng)內(nèi)存性能。內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44用于優(yōu)化和增強的內(nèi)存空間。具體地說，例如，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44用于重構內(nèi)存地址空間與實際內(nèi)存體之間的映射方式。更具體地說，例如，如果應用需要頻繁地對一段連續(xù)地址空間進行隨機讀寫，就可以通過內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44重構內(nèi)存地址空間與實際內(nèi)存體之間的映射方式，將這塊連續(xù)的地址空間劃分到多個內(nèi)存體上，將對一塊內(nèi)存體的隨機讀寫轉(zhuǎn)換為在多個內(nèi)存體上的并行讀寫，從而提高總體的訪問性能。又例如可以通過內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44對外部的內(nèi)存訪問操作進行緩存，通過優(yōu)化內(nèi)存寫入策略和機制，提高總體內(nèi)存訪問效率和性能。此外，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44還可以用于實現(xiàn)一定的數(shù)據(jù)處理功能，例如在將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存之前進行一些簡單的運算操作，將運算結果寫入物理內(nèi)存，從而減輕微處理器運算負載?？偩€接口轉(zhuǎn)換模塊42用于將經(jīng)過內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44優(yōu)化和增強的內(nèi)存空間轉(zhuǎn)換為能夠通過系統(tǒng)總線100訪問的內(nèi)存空間，它將內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44所提供的內(nèi)存訪問接口轉(zhuǎn)換為基于系統(tǒng)總線協(xié)議的內(nèi)存訪問接口，使系統(tǒng)中的微處理器和可重構運算加速模塊41能夠通過系統(tǒng)總線訪問相應的內(nèi)存空間，擴展系統(tǒng)的內(nèi)存容量和帶寬，充分利用內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊提供內(nèi)存訪問模式優(yōu)化增強能力?！吹诙嵤├祱D2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器的功能框圖。具體地說，如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器還包括內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊43，其連接至可重構運算加速模塊41和內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44。由此，內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊43用于實現(xiàn)可重構加速部件中的可重構運算加速模塊41與內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44之間的接口轉(zhuǎn)換，以便可重構運算加速模塊41能夠不通過系統(tǒng)總線直接訪問相應的內(nèi)存空間。也就是說，內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊43用于實現(xiàn)可重構加速部件40中的可重構運算加速模塊41與可重構內(nèi)存增強單元之間的接口轉(zhuǎn)換，以便某些情況下可重構運算加速模塊41能夠不通過系統(tǒng)總線直接訪問相應的內(nèi)存空間，減少訪問系統(tǒng)總線所帶來的額外開銷，降低系統(tǒng)總線負載，提高內(nèi)部邏輯的運行效率和性能。由此，本發(fā)明上述實施例通過可重構內(nèi)存控制器和內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊44實現(xiàn)在內(nèi)存接口和內(nèi)存訪問模式兩個層面的系統(tǒng)內(nèi)存能力增強，同時通過總線接口轉(zhuǎn)換模塊42和內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊43為系統(tǒng)中的處理器和可重構運算加速模塊等提供高效友好的內(nèi)存訪問接口?？梢岳斫獾氖?，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于包括微處理器、系統(tǒng)總線、內(nèi)存、可重構加速部件以及輸入輸出外設；其中，微處理器、內(nèi)存和輸入輸出外設連接至系統(tǒng)總線，從而微處理器通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和輸入輸出外設進行數(shù)據(jù)交換；而且，微處理器直接連接至可重構加速部件；并且，可重構加速部件連接至系統(tǒng)總線，從而通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和輸入輸出外設進行數(shù)據(jù)交換；其中，可重構加速部件包括可重構運算加速模塊、總線接口轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊、以及與內(nèi)存分別連接的多個可重構內(nèi)存控制器；其中，可重構運算加速模塊和總線接口轉(zhuǎn)換模塊連接至系統(tǒng)總線以進行數(shù)據(jù)交換；可重構運算加速模塊直接連接至微處理器，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊直接連接至總線接口轉(zhuǎn)換模塊以及多個可重構內(nèi)存控制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構加速部件采用可編程邏輯器件實現(xiàn)。
3.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構加速部件包括可重構運算加速模塊用于通過定制專用的硬件加速計算結構，協(xié)助或取代微處理器完成相應的運算處理功能。
4.根據(jù)權利要求1至3之一所述的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于，可重構內(nèi)存控制器用于支持可重構加速部件對直接與其相連的內(nèi)存芯片或內(nèi)存條的物理訪問與控制，并且，可重構內(nèi)存控制器的硬件邏輯結構與功能是根據(jù)外部內(nèi)存特性通過可重構加速部件的重構與優(yōu)化而實現(xiàn)。
5.根據(jù)權利要求1至3之一所述的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊用于對連接在可重構加速部件上的所有內(nèi)存進行統(tǒng)一整合與管理。
6.根據(jù)權利要求1至3之一所述的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于，內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊用于優(yōu)化和增強的內(nèi)存空間，并且內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊用于執(zhí)行下述功能的至少一種重構內(nèi)存地址空間與實際內(nèi)存體之間的映射方式；對外部的內(nèi)存訪問操作進行緩存；實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能。
7.根據(jù)權利要求1至3之一所述的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于，總線接口轉(zhuǎn)換模塊用于將內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊所提供的內(nèi)存訪問接口轉(zhuǎn)換為基于系統(tǒng)總線協(xié)議的內(nèi)存訪問接口。
8.根據(jù)權利要求1至3之一所述的內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，其特征在于還包括與可重構運算加速模塊和內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊相連的內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊， 其中內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊用于實現(xiàn)可重構加速部件中的可重構運算加速模塊與內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊之間的接口轉(zhuǎn)換，以便可重構運算加速模塊能夠不通過系統(tǒng)總線直接訪問相應的內(nèi)存空間。
全文摘要
一種內(nèi)存能力增強的可重構微服務器，包括微處理器、系統(tǒng)總線、內(nèi)存、可重構加速部件以及I/O外設；其中，微處理器、內(nèi)存和I/O外設連接至系統(tǒng)總線，從而微處理器通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和I/O外設進行數(shù)據(jù)交換；微處理器直接連接至可重構加速部件；并且，可重構加速部件連接至系統(tǒng)總線，從而通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和I/O外設進行數(shù)據(jù)交換；可重構加速部件包括可重構運算加速模塊、總線接口轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)部模塊接口轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)存訪問模式擴展與增強模塊、以及多個可重構內(nèi)存控制器；可重構運算加速模塊和總線接口轉(zhuǎn)換模塊直接連接至系統(tǒng)總線以進行數(shù)據(jù)交換。
文檔編號G06F1/16GK103019324SQ20121057500
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者謝向輝, 吳東, 原昊, 錢磊, 張昆, 臧春峰, 郝子宇, 張魯飛, 李璽, 嚴忻凱, 胡蘇太, 韋海亮, 周浩杰, 馬文濤, 王宇 申請人:無錫江南計算技術研究所