TWI449035B

TWI449035B - 驅動盒

Info

Publication number: TWI449035B
Application number: TW098102351A
Authority: TW
Inventors: S Signer Ryan; Dunham John; T Pfeifer Alan
Original assignee: Lsi Corp
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2014-08-11
Also published as: JP5331202B2; TW201003641A; CN102057343A; EP2310928A1; US7715182B2; WO2010002482A1; US20100002368A1; KR20110044987A; JP2011527039A; EP2310928A4

Description

驅動盒

本案為一種驅動盒，主要在說明一種電腦硬體的相關領域。比較特別的是，本案特別注重在掛載於機櫃上之硬碟收納盒的相關設計技術。

在電子與電腦的世界裡永遠會有一個持續不斷的需求渴望，那就是讓電腦能夠變得越小越好，或者換句話說，能夠將更多更強大的運算能力塞進一個既定的空間大小中那是再好不過的了。在這種需求要望之下，利用外掛機櫃的設計也就因應而生。

機櫃掛載系統會提供一個標準寬度的框架-也可以說就是機櫃本身，差不多是19英吋或23英吋左右，而深度則不會超過32英吋。連同螺絲孔都必須壓低在標準寬度的任意一邊之高度以下，以便能收納固定各種不同的機櫃掛載元件。這些元件基本上會以它們的高度來加以分類成1U,2U,3U，和4U等四種規格，其中所謂的1U就是用來定義一個機櫃單位的高度。基本上1U的機櫃高度差不多等於1.75英吋。以此類推，2U的機櫃掛載元件其高度就差不多為3.5英吋，而3U的機櫃掛載元件其高度就差不多為5.25英吋，以及4 U的機櫃掛載元件其高度就差不多為7英吋。

能夠符合搭載於機櫃掛載系統的元件為一般常說的刀鋒系統(blade system)。所謂刀鋒系統的設計是將電腦的一些面向放在一片板卡上(就如同一面刀鋒)，再將此板卡插到一個插槽中(就如同一個機殼)。基本上，一個機殼可以收納整合若干片刀鋒板卡，例如像是4片，8片，9片，16片等等。而機殼基本上會提供一些系統裡所有刀鋒板卡會共同使用的系統元件，而且這些元件並不需要在每一片刀鋒板卡上一再地重複配置浪費空間與資源。

舉例來說，機殼基本上都會提供像電源供應器，風扇之類的冷卻元件，以及網路或匯流排通訊元件等共用元件。雖然說機殼裡所提供的上述這些服務可能會以某種重複的架構來設計，但是它們的整體設計還是會以系統的可靠度與開機時間之提升且盡量精簡不必要的重複服務元件為最主要的考量。系統設計裡的刀鋒板卡部份是可以從機殼裡被拔出移除且可以被替換或增加，基本上前面的這些插拔增刪的動作是不需要關閉電源或讓其他的刀鋒板卡關閉斷線。

刀鋒系統的基本架構是將刀鋒板卡以垂直插入配置的方式來裝載於機殼裡，其中的刀鋒板卡會藉由背板連接器與系統的服務元件作電氣連接，此時所謂的電氣連接主要還是利用將刀鋒板卡插入固定到機殼背面的背板連接器上來完成，而之後的斷電就只要將刀鋒板卡直接從背板連接器上拉拔出來就可以了。因此，如果我們想要拔除某一片刀鋒板卡而又不想對其鄰近的其他刀鋒板卡作斷電措施，則我們必需先對該單一刀鋒板卡上的所有元件作斷電處理以便能減少對刀鋒板卡上之任何元件作過多的實際檢查。

刀鋒系統的運算設計也可以被應用到運算系統的不同面向上。舉例而言，電腦本身就可以被規劃設定成刀鋒系統的設計，其中系統裡的每一片刀鋒板卡自己都能內建記憶體與中央處理單元(CPU)以便能提供自己的運算能力。而刀鋒系統的設計概念也可以推廣應用到資料的儲存結構上，也就是所謂的儲存刀鋒架構或者是磁碟刀鋒架構的裝置。

儲存刀鋒架構基本上會負責管理少許數量的個別硬碟，例如像是2顆，4顆，7顆，或8顆硬碟等等。然而，我們總是希望能讓一部儲存刀鋒系統可以負責管理越多越好的硬碟數量。但問題是，一部儲存刀鋒系統所能負責管理的硬碟數量除了受限於機殼所掛載之機櫃的尺寸大小之外，還受限於前述之單元深度的累加，磁碟的確實高度一般來說可能很難安排配置的十分妥當。另外，刀鋒系統架構的所有物質元件其重量也是十分可觀的。因此，我們對於磁碟刀鋒系統裡所能安裝承載的硬碟數量必然會受到相當的限制。還有，刀鋒系統架構的概念其限制也會延伸到某片單一刀鋒板卡上的某個即將替換元件與其他所有元件之間的關係上。

因此，一部刀鋒系統所可能遇到的問題其實在前面的描述裡都只是冰山一角而已。

在上述的應用與其他的需求，都能夠符合一部內含機殼與磁碟刀鋒架構之掛載著磁碟刀鋒的機櫃系統所能構提供的功能。此時的機殼至少具有一個背部插槽以收納一片磁碟刀鋒單元，其中的機殼可以接受磁碟刀鋒單元以水平的方向插入固定於背部插槽裡。每一個背部插槽所具有的機殼與背部電子接觸之間至少存在著一條相當長度的連接線，以便能將機殼與磁碟刀鋒單元之間作電氣連接。每一個背部插槽也都會有溝槽以便能接觸收容有著相當長度的磁碟刀鋒單元。而機殼則會有至少一個模組插槽以便能接納共用的資源模組，而此時的每一個模組插槽都還會有機殼以便能調整電氣接觸，以確保機殼與共用資源模組之間的電氣連接。磁碟刀鋒單元具有一片印刷電路板以便能與磁碟刀鋒單元上的元件作往返雙向的電氣連接。磁碟刀鋒單元具有至少一顆硬碟，而磁碟刀鋒單元與機殼之間的電氣連接至少需要一條接線。磁碟刀鋒單元上順著其長度的方向會有一條軌道溝槽，這條軌道溝槽主要是用來和插入背部插槽的溝槽作相互的固定。磁碟刀鋒單元至少有局部元件可以在不中斷機殼和磁碟刀鋒單元之間的電氣連接下從機殼上被移除。

因此，藉由本案所提出的方法將能對於前面所述之掛載磁碟刀鋒機櫃系統所引發的許多問題作有效地解決。舉例來說，因為磁碟刀鋒單元與機殼之間的電氣連接是利用連接線而不是平面連接器，所以磁碟刀鋒單元可以在一些對磁碟刀鋒單元上之磁碟機作收納檢查的延伸案例下被移除，而無需中斷磁碟刀鋒單元上磁碟機的運作。另外，磁碟刀鋒單元的水平設定也可以允許大量的磁碟機可以掛載配置於機櫃掛載系統中。

在本案所提出的多項具體實施範例裡，機殼的寬度大約為9英吋，而長度則大約為32英吋，高度則大約為7英吋。在本案所提出的一些具體實施範例裡，當磁碟刀鋒單元被完整地從機殼中移除時我們將不必中斷機殼與磁碟刀鋒單元之間的電氣連接。在本案所提出之某些具體實施範例中機殼具有5個刀鋒單元插槽。在本案所提出之某些具體實施範例裡機殼可能會有4個模組插槽。在本案所提出之某些具體實施範例裡共用的資源模組至少是一個硬碟控制器和一個電源供應器。在本案所提出之某些具體實施範例裡機殼會內含對磁碟刀鋒單元作降溫之風扇。在本案所提出之某些具體實施範例中磁碟刀鋒單元可能會有12顆硬碟。在本案所提出之某些具體實施範例中系統總共可以控制60顆硬碟。在本案所提出之某些具體實施範例中機殼到模組之間的電氣連接包含了一個中板連接器(mid-plane connector)。在本案所提出之某些具體實施範例中磁碟刀鋒單元會通過機殼的前方插入刀鋒插槽或從刀鋒插槽移除。在本案所提出之某些具體實施範例中共用的資源模組則會通過機殼的後方插入模組插槽或從模組插槽移除。所以連接線的長度將會使得磁碟刀鋒單元至少可以從機殼作部份的退出，而且在本案所提出之某些具體實施範例中當我們對至少一顆硬碟作檢查，移除，以及替換時並不需要中斷機殼與磁碟刀鋒單元之間的電氣連接。

如圖.1所示為本案所提出之較佳具體實施範例裡，一個掛載機殼之機櫃系統10的上視透視/剖面區段圖，其中存在有水平磁碟刀鋒單元14局部插入掛載機殼的機櫃12。其中所謂的“水平”指的是磁碟刀鋒單元14以平面方向導引插入故稱之為水平插入，而不同於過去文獻裡刀鋒單元都是以垂直方向作為插入的標準型式。

磁碟刀鋒單元14包含了某些數量的硬碟16。在本案所提出之具體實施範例裡，磁碟刀鋒單元14具有4列硬碟而且每一列都各含3顆硬碟16，因此共計內含了12顆硬碟16。當然在現實應用中其他類型的設定與硬碟16的數量都是可能的。然而，在本案所提出之具體實施範例裡，磁碟刀鋒單元14可以被設定成為能在一個9英吋寬且深度不會超過32英吋之標準機櫃裡控制12顆3.5英吋的硬碟16。在此設定之下，磁碟刀鋒單元14將會形成能夠控制擁有極大數量之硬碟16的系統10的一部份，如以下章節所作的詳細說明。

磁碟刀鋒單元14內含了一個藉由一或多個介面連接器36來與硬碟16作電氣連接的電路，其中的介面連接器同時提供了單一連接與電力連接兩種介面，而且能在某些具體實施範例裡用來控制與硬碟16之間的連接。硬碟16可以被設定在RAID中或其他的需求應用裡。另外其他的電子元件也可以應用在磁碟刀鋒單元14上，例如類似像控制器，介面，測試診斷點，回報機制，以及其它的電路等等。

在本案所提出之某個具體實施範例裡，磁碟刀鋒單元14會具有沿著磁碟刀鋒單元14之兩側長邊所衍生出的軌道結構34，其中的軌道結構34能夠與機殼12的匹配插槽結構22相互結合固定。在此情形下軌道結構34將可以順著插槽結構滑進插入，以便能讓磁碟刀鋒單元14可以精確地插入機殼12中並穩穩地固定在一起。在本案所提出的某些具體實施範例裡，整合了馬達與牽引的機制20將會結合插槽結構22或其他機殼12上的匹配元件，並且將磁碟刀鋒單元14移入機殼12或從機殼12上移除。

機殼12的插座結構26是一個電子元件的插座，但是只能讓利用介面連接器36而與磁碟刀鋒單元14相連接之一或多條連接線18來和磁碟刀鋒單元14結合固定在一起，並且藉由介面連接器24與插座結構26中的電子元件結合固定在一起。另外(在本案所提出之某些具體實施範例裡)也與機殼12作實體的固定掛載且與插座結構26中的電子元件作電氣連接的是風扇28。

如圖.3中所示為本案所提出之較佳具體實施範例裡某個掛載機殼之機櫃系統的後視圖，其中機殼12的插座結構26內含了4個模組，包括2個電源供應器模組30以及2個其他功能的模組32，這兩個其他功能的模組32可以有各種不同的功能，例如像是硬碟16的控制器等等。在本案所提出的某個具體實施範例裡，插座結構26其實是個儲存橋接插座，而上面所插的模組是儲存橋接插座罐。在本案所提出之另一具體實施範例裡，模組可以從機殼12的背面被插入或移除，但是此時唯有磁碟刀鋒單元14是從機殼12的前方正面作插入與移除。請再參考圖.1，在本案所提出的某些具體實施範例裡機殼12的插座結構26中的模組會藉由一個中板連接器38來與系統10的其他元件作電氣連接。此時的中板連接器38可以和介面連接24作相互的電氣連接，因此我們可以從模組32到磁碟刀鋒單元14完成完整的電氣連接迴路。

如圖.3中所示，機殼12其大小最好能夠涵蓋控制5個磁碟刀鋒單元14。在本案所提出之另一具體實施範例裡，機殼12的容量大約為4U的高度，也就是說其高度大約為7英吋。在此情形之下，系統10如果是一個能夠掛載4U空間的標準機櫃，則它應該可以控制涵蓋60顆的硬碟。這樣的掛載量/密度要遠比過去文件裡所使用的儲存刀鋒系統所能掛載的硬碟數量來得大上很多。

請參考圖.2，在圖中系統10裡的磁碟刀鋒單元14有局部從機殼12中被移除出來。因為磁碟刀鋒單元14是透過連接線18來和機殼12作電氣的連接，而不是藉由一個背板或中板連接器，所以磁碟刀鋒單元14可以從機殼12上作某種角度的移除而無需對該磁碟刀鋒單元作斷電。在本案所提出之其他具體實施範例裡，連接線18的長度非常的長，足以讓磁碟刀鋒單元能完全地從機殼12上移除而無需對機殼12與磁碟刀鋒單元14之間作斷電。

因此，在本案所提出的這些具體實施範例裡，磁碟刀鋒單元14上所能搭配使用的元件都是可以被檢視的，而且即使是個別元件的斷線與替換移除都無須讓其餘的磁碟刀鋒元件14斷線。舉例來說，如果磁碟刀鋒單元14上面的某一個硬碟16故障了，則我們可以將磁碟刀鋒單元14從機殼12上做局部或完全地移除，而且該故障的刀鋒磁碟16可以用一個良品磁碟16來被定位，移除，以及替換，而無須將磁碟刀鋒單元14的任何其他磁碟16或其他電子元件作斷電。在本案所提出的使用馬達20之具體實施範例裡，電子可以控制到磁碟刀鋒單元14所能延展到檢視磁碟16最遠的地方，也可以控制移動的其他面向，例如在某段時間之內有多少個磁碟刀鋒單元14可以被展延。某個單一機殼12的前蓋可以在所有的磁碟刀鋒單元14縮回機殼12裡的時候用來罩住所有的電磁介面。

在以下本案所提出之較佳具體實施範例裡將會有更詳細的解釋與說明。我們無法從本案所提出之具體實施範例來精確地涵蓋所有可能的目的和應用範圍。適當的修正或變異都是本案所可能的應用範圍的延伸。本案所提出的具體實施範例將會被選來並說明本案的目的宗旨和其可實際使用的各種應用，並且能承續過去既有的技術且以各種修改變異的形式應用到其他各種的具體實施範例裡。而這些修改與變異都算是本案所提出申請專利的保護範圍。

本發明可在不離開本發明之精神及基本特徵下作成各種特定之例示。本發明之範圍為由隨附之申請專利範圍所限定，而並非由上述說明所限制，所有與申請專利範圍意義相等之變化均應包含於本發明中。

10‧‧‧掛載機殼之機櫃系統

14‧‧‧水平磁碟刀鋒單元

12‧‧‧掛載機殼的機櫃

16‧‧‧硬碟

36‧‧‧介面連接器

34‧‧‧軌道結構

22‧‧‧插槽結構

20‧‧‧馬達與牽引的機制

26‧‧‧插座結構

18‧‧‧連接線

24‧‧‧介面連接器

28‧‧‧風扇

30‧‧‧電源供應器模組

32‧‧‧其他功能的模組

38‧‧‧中板連接器

圖.1 所示為本案所提出之較佳具體實施範例裡，水平磁碟刀鋒單元局部插入一個掛載機殼之機櫃系統的上視透視/剖面區段圖。

圖.2 所示為本案所提出之較佳具體實施範例裡，水平磁碟刀鋒單元完全插入一個掛載機殼之機櫃系統的上視透視/剖面區段圖。

圖.3 所示為過所示為本案所提出之較佳具體實施範例裡，某個掛載機殼之機櫃系統的後視圖。