[发明专利]一种高密度多处理器系统及其节点控制器

说明书

技术领域

本发明涉及并行多处理器系统领域，特别是涉及一种高密度多处理器系统及其节点控制器。

背景技术

并行多处理器系统的节点控制器是节点内各种部件(处理器、主存和设备等)互连的通道，其结构随着体系结构的不同而不同。当前主流的体系结构包括对称多处理系统(Symmetrical Multi-Processing，SMP)、非对称存储访问系统(Non Uniform Memory Access，NUMA)、大规模并行处理系统(Massively Parallel Processing，MPP)和机群系统(Cluster)。

Cluster中节点采用主流商用计算机，多为SMP和NUMA结构，因此SMP、NUMA和Cluster中采用的节点控制器可以归为一类，此类节点的节点控制器采用北桥加南桥的方式。北桥负责实现处理器与主存及南桥间的数据交互，目前的系统中北桥多被集成在处理器中；南桥负责外围设备与北桥的数据交互，连接所有的外围设备。然而使用此类节点控制器，处理器间的数据交互以Load和Store方式，一次传输数据量很小，通信带宽利用率低。节点控制器需要维护Cache一致性，导致扩展性差。

MPP系统则采用定制的节点，其节点控制器称为路由器(Router)，多个处理器直接挂载到Router上，构成直接网络，对外围设备的访问则通过独立的服务节点实现。此类Router实现的外部接口采用自定义协议，无法使用商用化硬件，导致较高的系统成本。受限于直接网络拓扑，一个Router能够互连的处理器数目受到限制。

随着并行多处理机系统的性能不断提高，由于空间占用和散热效率的限制，使其对节点密度的需求越来越高，即一个节点要容纳越来越多的处理器。同时由于成本的限制，使其对节点商品化的要求越来越迫切，即一方面节点能够尽可能使用商用部件，另一方面节点能够独立运行，成为主流商用服务器。这就要求节点控制器的设计在提供高带宽、低延迟互连的基础上，还需要具有较好的扩展性，支持更多的处理器互连，同时兼容商品化设备。而现有的Cluster节点和MPP节点的节点控制器设计无法满足所有需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度多处理器系统及其节点控制器。其实现了多个处理器的高速互连，提高多处理器系统的密度，并实现多个处理器对商品化外设的共享访问。

为实现本发明的目的而提供的一种高密度多处理器系统的节点控制器，包括：多个处理器端口，一个I/O端口，一个直接内存访问交叉开关模块和一个读/写交叉开关模块，其中：

所述处理器端口，分为主处理器端口和从处理器端口，用于分别与主处理器和从处理器连接，主处理器负责具体计算任务的运行，以及对外围设备的发现和初始化过程，从处理器只负责具体计算任务的运行；

所述I/O端口，通过I/O总线与外围设备连接，其包括：读/写模块和I/O接口模块，所述I/O接口模块用于负责实现I/O总线根设备逻辑，所述I/O接口模块通过一窗口寄存器记录该端口的全局地址分配，并实现系统总线包格式与I/O总线包格式间的互相转换；所述读/写模块与所述读/写交叉开关模块连接；

所述直接内存访问交叉开关模块，用于实现各所述处理器端口间直接内存访问数据的交换；

所述读/写交叉开关模块，用于实现各所述处理器端口之间，以及所述处理器端口和I/O端口之间读/写数据的交换。

所述处理器端口，包括：处理器接口模块、分发模块、仲裁模块、直接内存访问模块、读/写模块和I/O高级可编程中断控制器模块其中：

所述处理器接口模块，根据其所属的处理器端口连接的处理器的类型的不同，分为主处理器接口模块和从处理器接口模块，其中：所述主处理器接口模块，负责与主处理器系统总线的挂接，包括所有总线链路层功能，主处理器接口模块通过一窗口寄存器记录该端口的全局地址分配，并实现系统总线终端设备的配置空间和桥设备的配置空间；所述从处理器接口模块，负责与从处理器系统总线的挂接，包括所有总线链路层功能，从处理器接口模块通过一窗口寄存器记录该端口的全局地址分配，并实现系统总线终端设备的配置空间；

所述分发模块，用于将来自所述处理器接口模块的数据按照所属功能分发给直接内存访问模块或读/写模块，或I/O高级中断控制器模块；

所述仲裁模块，用于将来自直接内存访问模块、读/写模块和I/O高级中断控制器模块的数据进行公平仲裁后，分时传递给所述处理器接口模块，实现多种数据在处理器接口总线上的共享传输；