СЕТЕВОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области электроники, а именно к области компактных устройств в составе аппаратных вычислительных сетей и предназначенных для использования в составе доверенных аппаратных вычислительных платформ критической информационной инфраструктуры в промышленности и телекоммуникации.
Известна полезная модель «Плата интерфейса» (патент № CN 206686448 U, приоритет 09.05.2017), предназначенная для решения проблемы экономии материальных ресурсов путем выбора одного из двух внешних интерфейсов Ethernet (RJ-45) или USB2.0 на «плате интерфейса». Полезная модель предоставляет пользователю возможность выбрать, какой разъем монтировать на конкретную плату в зависимости от решаемой с помощью сети задачи, а именно, разъем для интерфейса USB 2.0 или Ethernet (RJ-45). Таким образом, возникает экономия за счет того, что не нужно трассировать 2 платы: одну под интерфейс USB 2.0, а другую под интерфейс RJ-45.
Недостатком данного решения является то, что устройство по патенту № CN 206686448 U не позволяет применять один и тот же разъем для разных интерфейсов.
Ближайшим техническим решением к заявляемому является полезная модель «Сетевой сервер с модульным коммутационным устройством» (патент № CN 203689292 U, приоритет 28.01.2014). В данном решении предлагается модульная система, состоящая из несущей платы, на которой располагаются основные вычислительные компоненты, память, питание. В несущую плату предполагается устанавливать различные периферийные модули, на которых располагаются сетевые адаптеры и разъемы. Модули могут содержать разное количество сетевых адаптеров, портов, а также разный набор сетевых разъемов. Периферийные модули объединены единым конструктивом (габаритными размерами, посадочными размерами), а также расположением и типом разъема связи с несущей платой.
Преимуществом данного решения является возможность организации различного количества портов Ethernet и различного типа разъемов подключения к Ethernet с использованием набора модулей и одной несущей платы. При этом не требуется для каждого варианта конфигурации разрабатывать свою несущую плату или делать набор несущих плат под каждый вариант конфигурации.
Недостатком устройства по патенту № CN 203689292 U является необходимость разработки набора модулей с различным набором портов Ethernet. При этом каждый модуль отвечает только за конкретную конфигурацию, а их может быть очень много. Например, если мы имеем произвольную конфигурацию из 6 портов Ethernet с применением двух типов разъемов, то количество комбинаций составит 2 в степени 6, то есть 64 конфигурации. Значит для использования данного решения необходимо разработать и изготовить 64 типа модулей. При увеличении количества портов номенклатура модулей увеличивается в геометрической прогрессии.
Для подключения к оптоволоконным линиям связи Ethernet (1GbE) требуется вместо разъема RJ-45 использовать разъем SFP, причем потребность в количестве разъемов того или иного типа может меняться в зависимости от задачи, что может обеспечить не каждое устройство. Например, в представленном на рынке компактном настольном сетевом устройстве banner NCA-1011 (https://www.lannerinc.com/products/network-appliances/x86-desktop-network-appliances/nca-1011) установлены разъемы RJ-45, но нет ни одного разъема SFP, что делает невозможным применение данного устройства в задачах, требующих подключения к одной или нескольким оптоволоконным линиям.
Существуют сетевые устройства с конфигурацией портов: 1 или 2 SFP и 4 RJ-45, например, ELTEX ESR-10 (https://eltexcm.ru/catalog/servisnye-marshrutizatory/esr-10-servisniy-marshrutizator.html).
Таким образом, известные устройства того же назначения содержат в своем составе фиксированное количество портов, предназначенных для конкретных видов подключения внешних устройств. Это ограничивает возможности применения данных устройств в составе информационных сетей и повышает затраты на создание информационной инфраструктуры промышленных предприятий.
Решаемая задача заключается в создании сетевого вычислительного устройства, имеющего восьмиядерный процессор с архитектурой ARM вычислительной производительностью не менее 45 GFLOPS. Устройство должно обеспечивать возможность конфигурирования сетевой аппаратной платформы в части разъемов RJ-45 и SFP без замены электронной платы (материнской платы) и без применения большого набора модулей расширения.
Технический результат заявляемой полезной модели состоит в том, что заявляемое компактное сетевое вычислительное устройство предоставляет расширенный набор интерфейсов и функционала при снижении затрат на создание аппаратных сетей и оптимизации инвестиционных рисков при их внедрении.
Сетевое вычислительное устройство состоит из корпуса, печатной платы с компонентами (материнской платы), модулей ОЗУ, устройства хранения информации (накопителя), источника питания. Устройство оснащено 8 ядерным процессором с архитектурой ARM вычислительной производительностью не менее 45 GFLOPS.
Печатная плата оснащена по крайней мере одним посадочным местом, позволяющим в качестве порта Ethernet использовать как разъем RJ-45, так и разъем SFP за счет применения универсального посадочного места, представляющего из себя схемотехническое и топологическое решение, объединяющее необходимые для использования разъемов RJ-45 и SFP сетевые контактные совместимые адаптеры, монтируемые в одно и то же посадочное место, объединенные посадочные места разъемов RJ-45 и SFP, также гибко конфигурируемую сеть соединений между сетевым адаптером и разъемами.
Все разъемы интерфейсов располагаются с лицевой стороны корпуса LAN (RJ-45 и/или SFP), USB 3.0, USB 2.0, консольный порт, HDMI, кнопка питания, кнопка сброса. Разъем питания располагается с противоположной стороны корпуса относительно лицевой.
На корпусе предусмотрено не менее одного отверстия для крепления не менее одной антенны WiFi или GSM. Корпус позволяет реализовать как активное (вентиляторное), так и пассивное (без движущихся элементов) охлаждение через вентилляционные отверстия. Допускаются дополнительные вентиляционные отверстия в корпусе для обеспечения конвекции, а также радиаторы. Крепление коруса к плоским поверхностям реализовано при помощи резьбовых элементов и отверстий, с помощью которых корпус может быть установлен на стол или в стойку стандарта 19". При этом корпус и лицевые панели корпуса выполнены из алюминия или иного металла методом лазерной резки, что обеспечивает экономичность изготовления корпуса с заданной конфигурацией портов Ethernet.
Заявляемое сетевое вычислительное устройство имеет как минимум одну печатную плату (материнскую плату), содержащую: 8-ядерный центральный процессор БАЙКАЛ ВЕ-М1000, разъемы для подключения модулей ОЗУ (DDR), разъемы для подключения накопителей (SSD, HDD), разъемы USB, разъем HDMI, разъемы питания. Печатная плата сетевого вычислительного устройства имеет как минимум одно универсальное посадочное место для разъемов RJ-45 и SFP для соединения с внешними устройствами сети.
Для соединения с внешними устройствами сети заявляемое устройство может иметь 6 универсальных портов Ethernet (RJ-45 и/или SFP), позволяющих использовать как порт RJ-45, так и порт SFP с использованием одной и той же печатной платы без изменения ее топологии, например: шесть разъемов RJ-45, или пять разъемов RJ-45 и один разъем SFP, или четыре разъема RJ-45 и два разъема SFP, или три разъема RJ-45, и три разъема SFP, или два разъема RJ-45, и четыре разъема SFP, или один разъем RJ-45, и пять разъемов SFP или шесть разъемов SFP.
Схемотехническое и конструктивное решение универсального посадочного места RJ-45/SFP позволяет на печатной плате в качестве порта Ethernet использовать как разъем RJ-45, так и разъем SFP, что дает возможность гибко конфигурировать порты сетевого вычислительного устройства, определяя количество портов RJ-45 и SFP в зависимости от задачи с использованием одной и той же печатной платы без изменения ее топологии. Решение представлено в виде схемы с использованием специальных контактно-совместимых адаптеров Ethernet, один из которых предназначен для работы с разъемом RJ-45, а другой - для работы с SFP, при этом для подключения адаптеров к разъемам RJ-45 или SFP используется гибко-конфигурируемая схема, позволяющая путем монтирования части пассивных компонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей) подключаться либо к одному типу разъема, либо к другому. Для подключения к разъему SFP монтируется один тип адаптера и относящаяся к нему часть компонентов, для подключения к разъему RJ-45 монтируется второй тип адаптера и относящаяся к нему часть компонентов.
Устройство может быть оборудовано разъемом питания с защитой от выдергивания провода.
Устройство позволяет реализовывать высокопроизводительные решения, которые можно использовать под конкретные задачи или расширить функционал сетевого вычислительного устройства под определенную индивидуальную задачу. Заявленное устройство подходит для использования в ограниченном пространстве за счет своего компактного форм-фактора и возможности использования пассивной системы охлаждения, а также за счет конструктивной возможности гибко конфигурировать сетевую аппаратную платформу в части подключения внешних устройств через порты RJ-45 и SFP.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид сетевого вычислительного устройства с конфигурацией сетевых разъемов 6xRJ-45 + 0xSFP. Верхняя крышка корпуса снята.
На фиг. 2 представлен изометрический вид 3D-модели материнской платы, содержащей шесть универсальных посадочных мест RJ-45/SFP.
На фиг. 3 представлен чертеж одного универсального посадочного места при использовании разъема SFP и при использовании разъема RJ-45.
На фиг. 4 представлена принципиальная схема одного канала Ethernet при использовании разъема RJ-45. Символом *) обозначены компоненты, которые не монтируются для данного варианта.
На фиг. 5 представлена принципиальная схема одного канала Ethernet при использовании разъема SFP. Символом *) обозначены компоненты, которые не монтируются для данного варианта.
Сетевое вычислительное устройство содержит корпус (1), печатную плату с компонентами (материнскую плату) (2) и источник питания ~220В-12В (3). Корпус (1) имеет плоскую форму и габариты не более 490 × 250 × 44 мм. Корпус (I) имеет отверстия (19) для крепления к плоским поверхностям, в том числе к кронштейнам стойки 19" при помощи резьбовых элементов крепления (винтов). Корпус позволяет реализовать как активное (вентиляторное), так и пассивное (без движущихся элементов) охлаждение через вентилляционные отверстия. Допускаются дополнительные вентиляционные отверстия в корпусе для обеспечения конвекции, а также радиаторы.
Разъемы интерфейсов Ethernet RJ-45 (4) и SFP (5), USB 2.0 (6), USB 3.0 (7), HDMI (8), консольного порта (9), а также кнопка питания (10) и кнопка сброса (II) располагаются с лицевой стороны корпуса, а разъем питания (12) - с противоположной стороны.
Печатная плата имеет следующие компоненты: 8-ядерный процессор Байкал ВЕ-М1000 (13) с производительностью не менее 45 GFLOPS, разъемы модулей ОЗУ (DDR) (14), разъемы подключения запоминающих устройств (накопителей SSD m.2 и HDD SATA) (15).
Изделие имеет шесть сетевых интерфейсов Ethernet 1G/100M, выполненных с возможностью использования разъемов RJ-45 либо SFP на одном и том же месте без изменения конструкции материнской платы.
Для решения задачи полезной модели были выбраны специальные адаптеры Ethernet, которые можно монтировать на универсальное посадочное место, при этом адаптер Intel WGI210AT (16) может работать с разъемом RJ-45, a Intel WGI210IS (17) предназначен для работы с SFP, при этом для подключения адаптеров к разъемам RJ-45 или SFP используется гибко-конфигурируемая схема (см. Фиг. 3 и Фиг. 4), позволяющая путем монтажа части пассивных компонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей) подключаться либо к одному типу разъема, либо к другому. При использовании разъема SFP монтируется адаптер Intel WGI210IS и компоненты без знака *) в соответствии со схемой, изображенной на Фиг. 4, а при использовании разъема RJ-45 монтируется адаптер Intel WGI210AT и компоненты без знака *) в соответствии со схемой, изображенной на Фиг. 5. Внешний вид универсального посадочного места с монтированными компонентами при использовании разъемов SFP и RJ-45 изображен на Фиг. 3.
На корпусе предусмотрено не менее одного отверстия для крепления не менее одной антенны Wi-Fi или GSM, которые подключаются к платам расширения WiFi или GSM, устанавливаемым в разъем формата miniPCIe или m.2 (18).