一种高性能计算机的供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高性能计算机的供电系统，包括用来给计算单元供电的背板电源组和主板电源组，所述计算单元包括背板以及多块连接于背板上的主板，所述背板电源组包括两个供电组，每个供电组中包含四台一次电源模块，所述多块主板平均分成两组，每组主板由一个供电组供电。本发明专利技术具有结构简单紧凑、制作加工方便、提高了电源转换效率、降低了电源成本等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到高性能计算机供电系统的设计领域，特指ー种适用于高性能计算的供电系统。
技术介绍
“高性能计算机”是衡量ー个国家科技创新能力和综合国力的重要标志。随着高性能计算机在核模拟、天气预报、飞机设计、生物医药、能源勘测等重要领域的广泛应用，高性能计算机的峰值性能要求越来越高，功耗越来越大，体积也随之越来越庞大，机柜数量超过几十个甚至上百个，占地面积超过几百平方米甚至上千平方米，导致机房面积也越来越大。 目前，高性能计算机主要有两种形式 第一种为采用服务器集群的形式，即在单机柜中放置几台到几十台商用服务器，再放置几十个机柜，各个服务器之间互联起来，就组成了一台集群的高性能计算机。这种集群形式高性能计算机的供电方法非常简单，只要提供交流输入电压就可以了。第二种为采用刀片服务器的形式，即在单机柜中放置若干个计算単元，每个计算単元包含一块背板和若干块主板以及其他插件板，然后放置几十到上百个机柜，就组成了一台高性能计算机。这种形式的高性能计算机供电方法非常复杂，一般采用分布式供电系统架构，在主板上放置若干个直流-直流的电源变换器，将直流12V输入电压分别变换成CPU、内存条、其他组件所需的1.0V、1. 1V、1. 2V、1. 5V、3. 3V、5V等直流低电压。直流12V输入电压的产生方式多种多样，可以采用交流220V直接变换成直流12V，通过背板送到主板的方式；也可以采用交流220V首先变换成直流48V或300V，通过背板送到主板，在主板上再将直流48V或300V变换成直流12V的方式。对于第二种形式的高性能计算机，为了减小高性能计算机的整体占地面积，必须尽量提高组装密度，即必须在主板上放置尽可能多的CPU，在机柜内放置尽可能多的主板，使得单机柜的计算性能最高。随着多核CPU的飞速发展，CPU単体功耗越来越大，功耗达到100多瓦，工作电流超过100安培。如果ー块主板上放置四个CPU和相应组件，则ー块主板的功耗将超过800瓦，采用直流12V供电时输入电流为66. 6安培。如果ー个计算单元放置18块主板，则输入电流将达到1200安培，意味着一块背板上至少将流过1200安培电流。如何将这1200安培电流从一次电源模块送出，再通过背板输送到所有主板的输入插座中，是ー个非常严峻的难题。目前，在高性能计算机供电系统设计中，实现大电流供电主要有两种方法。ー种方法是提高主板的输入电压来减小输入电流，即把输入电压由直流12V提高到48V甚至300V，输入电流将会大大降低，这样会使背板上流过的电流变得较小，降低了背板的设计和制造难度，电源接插件的大小也会相应减小。例如，蓝色基因和神威巨型计算机就是采用这种方式供电。但是，这种供电方法将会在主板上増加直流48V到12V或者直流300V到12V的转换电路，占用了宝贵的主板面积，使得主板面积増大，从而增加了单机柜和整个高性能计算机系统的体积和占地面积，降低了功率密度。同时，由于多了ー级功率变换电路，电源成本也会有所增加。另外ー种方法是减少每块主板上的CPU数量，使得主板工作电流减小，如ー块主板上只放置两个CPU。采用这种方式后，如果保持一个计算単元内主板数量不变，则输入电流将会减小一半，从而也降低了背板的设计和制造难度。例如，SGI公司的ALTIX巨型机就是采用这种方式。但是，这种供电方法同样存在缺点。如果要在单机柜内实现同样数量的CPU个数和计算性能，主板数量将会是放置4个CPU的主板数量的两倍，计算单元的数量也会是两倍。同时，这种主板只能采用竖插方式，而不能采用横插方式。当采用横插方式吋，由于主板宽度方向比较窄，机柜外型将变得很窄很深，造型很难看。而采用竖插方式后，由于机柜内从上到下放置了若干个计算単元，通风散热设计难度増大，底部的冷风很难送到上部的计算单元，使得最上端的计算单元环境温度较高，容易造成工作不稳定的现象。如果采用后部出风的方式，采用双面对插时，需在背板上开出很大的孔，以便将插在背板前方的主板产生的热量吸走，但是，背板开孔后会造成背板上的印制板走线空间大大减小，使得背板的层数增加，从而增大成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、制作加工方便、提高了电源转换效率、降低了电源成本的高性能计算机的供电系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案 ー种高性能计算机的供电系统，包括用来给计算単元供电的背板电源组和主板电源组，所述计算単元包括背板以及多块连接于背板上的主板，所述背板电源组包括两个供电组，每个供电组中包含四台一次电源模块，所述多块主板平均分成两组，每组主板由ー个供电组供电。作为本专利技术的进ー步改进 所述计算単元包含I块背板和18块主板，所述18块主板平均分成两组分别连接于背板的正面和反面，所述背板的正面和反面上各连接有一个所述供电组。所述背板的正面上左边横插四个一次电源模块、中间横插九块主板、右边竖插三个风扇冷却模块；所述背板的反面上左边横插四个一次电源模块、中间横插九块主板、右边竖插三个风扇冷却模块。所述每块主板上的器件平均分成两组，每组均包括一半CPU、一半内存条、一半风扇冷却组件，所述两组器件的12V输入电压相互分开，第一组的10个电源变换器与第一电源插座相连；第ニ组的10个电源变换器与第二电源插座相连。所述背板上划分成三个区域左边为ー组12V大电流区域，中间为高速信号走线区域，右边为另ー组12V大电流区域。所述左、右两边的12V大电流区域中，采用电源层填充的方式，将印制板层数的一半铺设成传输12V电流的铜箔，另一半铺设成地平面铜箔。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于 I、本专利技术采用直流12V —级电压给主板进行供电，克服了采用直流48V或300V两级电压供电的固有缺点，最大限度地利用了主板面积，使得计算单元体积小巧，单机柜计算性能最闻，单机柜体积也得到了有效控制，从而减小了整个闻性能计算机系统的占地面积，提闻了功率密度。同时，与48V或300V供电方式相比，这种供电方式还具有电源转换效率更高、成本更低的优势。2、本专利技术在每块主板上放置了四个CPU和相应组件，使主板大小和尺寸非常合适，宽度和深度比例非常协调。主板采用横插和双面对插方式后，机柜的宽度和深度比例非常合适，机柜造型非常美观，前后看上去完全对称。同吋，主板横插后，通风散热设计变得更为简单，采用水平方向強制通风，每个计算单元的冷却方式和环境温度都基本相同，克服了主板竖插时机柜最上端计算单元的通风散热难题，也避免了背板开孔进行通风散热的问题。3、本专利技术的背板设计正反两面完全对称，电源插座位置和引脚定义完全一致，只需设计一种主板和一种风扇冷却模块，即可插在背板的任意插槽。因此大大地降低了设计成本，维护时也相当容易，任何位置的主板及风扇冷却模块都可以互換。4、本专利技术的背板的印制板设计非常容易，可分成三个区域进行设计。左右两个区 域为大电流区域，中间为高速信号走线区域。三个区域的走线互不干扰，避免了大电流信号对高速信号质量的干扰和影响，有效地提高了高速信号质量和系统稳定性。同时，无需在印制板上设计铜条或铜线来帮忙传送大电流，使得背板具有结构简洁，美观大方，无需任何线缆连接的优点。5、本专利技术将主板电源采用分组设计，背板电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚信安，胡世平，肖立权，宋飞，陈永德，蒋句平，李元山，陈旭，曹跃胜，田宝华，胡军，罗煜峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：