TWI708151B

TWI708151B - 具擴充性之電子運算系統

Info

Publication number: TWI708151B
Application number: TW107147000A
Authority: TW
Inventors: 張雅茹; 金智仙
Original assignee: 鎝羅斯科技有限公司
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2020-10-21
Also published as: US10860058B2; US20200201389A1; TW202024939A

Abstract

一種具擴充性之電子運算系統，可連接至一外部主機，包含：至少一圖形處理單元，其供以產生一PCI-E訊號；一轉換單元，其供以接收PCI-E訊號並轉換為一USB訊號；一主控制單元，供以驅動轉換單元作動；一USB介面裝置，供以接收轉換單元所傳遞的USB訊號，並透過一USB傳輸線將USB訊號傳遞至外部主機的一USB連接埠，依此，USB訊號可經由USB連接埠，傳遞至外部主機的一中央處理單元進行處理，進而能提升外部主機執行一圖形處理任務、或一通用運算任務的運算能力。

Description

具擴充性之電子運算系統

一種電子運算系統，尤指一種可對具有一USB連接埠的一外部主機，提升其運算能力的「具擴充性之電子運算系統」。

隨著資料傳輸技術的進步，高速資料傳輸協定也陸續被提出，Thunderbolt傳輸介面可與USB Type C連接器相容，且可達到40Gpbs之傳輸速度，故目前具有Thunderbolt連接埠的運算裝置，得以相容於Thunderbolt的傳輸協定，與同樣具有Thunderbolt連接埠的一外部裝置進行通訊，例如若該外部裝置為一Thunderbolt顯示卡外接盒，並且使用者於運算裝置完成Thunderbolt驅動程式及韌體的安裝後，運算裝置即可成功辨識出該外部裝置，並判定其為外接式顯示卡(External GPU)，進而提升運算裝置之圖形運算能力。

然而，目前具有Thunderbolt連接埠的運算裝置大多為高階的個人電腦、或筆記型電腦，換言之，使用者必須耗費較高的硬體成本更換更高階的機種，方能透過Thunderbolt傳輸介面提升其運算裝置之運算能力，且一旦使用者所購置的運算裝置發生故障，即需再添購新的運算裝置。

再者，目前中低階的運算裝置(例如個人電腦或筆記型電腦)，大多不具備Thunderbolt連接埠，而無法透過Thunderbolt傳輸介面提升其效能，即便目前使用者可透過拆除筆記型電腦的無線網卡(適配於m-PCIE介面)，並插接適配於m-PCIE傳輸介面的外部裝置(例如顯示卡外接盒)，以提升其繪圖運算能力，但如此一來，使用者將需要採用額外的方式擴充Ethernet網路。

是以，針對中低階、且不具有Thunderbolt連接埠的運算裝置，如何提出一種硬體建置成本較低，且能有效提升運算裝置之運算能力的電子運算系統，仍為有待解決之問題。

有鑑於上述先前技術之問題，本發明人依據多年來從事相關領域研究的經驗，針對通用序列匯流排(USB)介面、及高速週邊元件互連協定(PCI-E)的相關技術進行研究；緣此，本發明之目的在於提供一種可對具有一USB連接埠的一外部主機，提升其運算能力的「具擴充性之電子運算系統」。

為達上述目的，本發明提出一種具擴充性之電子運算系統，供以連接至一外部主機，電子運算系統包括：至少一圖形處理單元，圖形處理單元供以基於外部主機的一請求指令，進行運算而產生一PCI-E訊號；一轉換單元，供以接收PCI-E訊號並轉換為一USB訊號；一主控制單元，供以驅動轉換單元作動；一USB介面裝置，供以接收轉換單元所傳遞的USB訊號，並透過一USB傳輸線將USB訊號傳遞至外部主機的一USB連接埠；而本發明據以實施後，USB連接埠可將USB訊號傳遞至外部主機的一中央處理單元，以提升其執行一圖形處理任務的繪圖運算能力、或提升其執行一通用運算任務的通用運算能力。

在本發明之一實施例中，一USB匯集器可設置於多個電子運算系統、與外部裝置之間，其中，USB匯集器設置有一連接埠，其可連接至外部主機的USB連接埠，USB匯集器更可設置其它連接埠，供以分別連接至各電子運算系統的USB介面裝置，以由外部主機取得各電子運算系統之圖形處理單元的計算資源。

在本發明之一實施例中，電子運算系統另包含一USB集線器，其所具有的一個連接埠與USB介面裝置相連接，USB集線器所具有的其它兩個埠分別與轉換單元及主控制單元相連接，並且USB集線器更設置有多個擴充連接埠，供以分別與多個USB周邊裝置相連接。

在本發明之一實施例中，一USB匯集器可設置於多個電子運算系統、與外部裝置之間，其中，USB匯集器設置有一連接埠，其可連接至外部主機的USB連接埠，USB匯集器更可設置其它連接埠，供以分別連接至各電子運算系統的USB介面裝置，以由外部主機取得各電子運算系統之圖形處理單元的計算資源；並且，電子運算系統更可包含一USB集線器，其所具有的一個連接埠與USB介面裝置相連接，USB集線器所具有的其它兩個埠分別與轉換單元及主控制單元相連接，並且USB集線器更設置有多個擴充連接埠，供以分別與多個USB周邊裝置相連接。

為使貴審查委員得以清楚了解本發明之目的、技術特徵及其實施後之功效，茲以下列說明搭配圖示進行說明，敬請參閱。

10‧‧‧電子運算系統

101‧‧‧圖形處理單元

1011‧‧‧圖形記憶體

102‧‧‧轉換單元

103‧‧‧主控制單元

104‧‧‧USB介面裝置

10’‧‧‧電子運算系統

10”‧‧‧電子運算系統

20‧‧‧外部主機

201‧‧‧USB連接埠

202‧‧‧中央處理單元

30‧‧‧USB集線器

301‧‧‧主控制單元

302‧‧‧USB周邊裝置

303‧‧‧轉換單元

40‧‧‧USB匯集器

L‧‧‧USB傳輸線

第1圖，為本發明之系統架構圖。

第2圖，為本發明之訊號流示意圖。

第3圖，為本發明之另一實施例(一)之系統架構圖。

第4圖，為本發明之另一實施例(二)之系統架構圖。

第5圖，為本發明之另一實施例(二)之訊號流示意圖。

第6圖，為本發明之另一實施例(三)之系統架構圖。

請參閱「第1圖」、及「第2圖」，其分別為本發明之系統架構圖、及訊號流示意圖，具擴充性之電子運算系統10供以連接於一外部主機20，電子運算系統10包含：至少一圖形處理單元101、一轉換單元102、一主控制單元103、及一USB介面裝置104。

圖形處理單元101可為一個以上(例如兩個)，且其分別具有一圖形記憶體1011，且圖形處理單元101供以基於外部主機20所傳遞的一請求指令，進行運算而產生一PCI-E(PCI Express)訊號，圖形記憶體1011經組態以暫存圖形指令、請求指令及影像等資料，其中，所述的請求指令為執行一圖形處理任務、或一通用運算任務。

轉換單元102與圖形處理單元101呈電性連接，供以接收圖形處理單元101所傳遞的PCI-E訊號，進行訊號處理，以分別轉換為一USB訊號。

主控制單元103與轉換單元102呈電性連接，主要對轉換單元102傳遞一控制訊號，以驅動轉換單元102之作動，主控制單元103可為一微處理器(Microprocessor)、一微控制器(Microcontroller Unit，MCU)、一數位訊號處理器(DSP)、一特殊應用積體電路(ASIC)或其他類似裝置。

USB介面裝置104分別與主控制單元103、及轉換單元102電性連接，供以接收轉換單元102所傳遞的USB訊號，並透過一USB傳輸線L，將USB訊號傳遞到外部主機20的一USB連接埠201，並且，轉換單元102亦供以從USB介面裝置104接收外部主機20所傳遞的請求指令(USB訊號)，並進行訊號轉換，以將外部主機20請求讀取圖形處理單元101之運算資源的指令，傳遞至圖形處理單元101進行運算。

外部主機20的USB連接埠201供以將USB訊號傳遞至外部主機20的一中央處理單元202進行處理，以續行一圖形處理任務、或一通用運算任務。

其中，有關外部主機20欲執行的圖形處理任務，可為2D或3D圖形渲染(rendering)的視訊處理、或影像加速任務，尤其是因應3D繪圖或3D遊戲軟體的需求，但不以此為限。

其中，外部主機20所欲執行的通用運算任務可指使圖形處理單元101以「GPGPU(General-Purpose Computing on GPU，泛用型圖形處理單元)」模式運行，依此，需要執行通用算術處理的指令及資料(例如執行單一指令多重資料(SIMD)的浮點運算指令)，可從外部主機20的中央處理單元202傳遞給圖形處理單元101，並將圖形處理單元101所運算的算術結果傳回中央處理單元202。

承上，若外部主機20係作為一區塊鏈網路之節點，並用以持續進行一雜湊運算時，則外部主機20可使圖形處理單元101以GPGPU模式運行，而可提升其於區塊鏈網路的算力。

另，上述的外部主機20可為一個人電腦(PC)、一筆記型電腦(NB)、具有USB連接埠的一顯示裝置、一銷售點終端裝置(Point of Sale，POS)、一虛擬實境頭戴式裝置(HMD)、或一混合實境頭戴式裝置之其中一種或其組合，但不以此為限。

另，圖形處理單元101可設置於一PCI-E介面槽，PCI-E介面槽可適配於一PCI-E x1介面、一PCI-E x2介面、一PCI-E x4介面、一PCI-E x8介面、及PCI-E x16介面之其中一種。

另，USB介面裝置104可適配於USB 2.0、USB 3.0、或USB 3.1等通用序列匯流排標準的傳輸規格，惟並不以此為限；其中，若USB介面裝置104符合USB 3.0的傳輸規格，則USB介面裝置104可具有一電源供應導體對(VBUS、GND)、一SSTX訊號導體對(SSTX+、SSTX-)、一第二USB訊號導體對為一SSRX訊號導體對(SSRX+、SSRX-)、及一D訊號導體對(D+、D-)。

請參閱「第3圖」，其為本發明之另一實施例(一)之系統架構圖，本實施例與「第1圖」所示實施例之技術類同，主要差異在於，電子運算系統10更包含一USB集線器30，且USB集線器30可包括多個連接埠(USB連接器)，則USB集線器30所具有的其中一個連接埠可與USB介面裝置104相連接，USB集線器30所具有的其它二個連接埠，可分別與一主控制單元301及一轉換單元303相連接，故有關本實施例的主控制單元301，其與USB介面裝置104的連結關係，係與「第1圖」所示之實施例有所不同，再者，USB集線器30更可設置多個擴充連接埠(圖中未繪示)，供以分別連接多個USB周邊裝置302。

其中，各USB周邊裝置302可為一通訊裝置、一影像感測裝置、一HID裝置(Human Interface Device，人機介面裝置)等支援USB傳輸介面之其中一種裝置或其組合。

其中，所述的通訊裝置可與一外部裝置(圖中未繪示)建立通訊，其構成通訊的方式可透過乙太網路、3G、4GLTE、Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth等傳輸協定達成，但不以此為限。

其中，所述的影像感測裝置與主控制單元301呈電性連接，影像感測裝置接收一影像訊號後，可由主控制單元301傳遞至圖形處理單元101，以供圖形處理單元101執行該圖形處理任務。

請參閱「第4圖」及「第5圖」，其分別為本發明之另一實施例(二)之系統架構圖、及訊號流示意圖，在此實施例的實施架構中，一USB匯集器40可設置於外部主機20、及多個電子運算系統(10、10’、10”...)之間，且本實施例的電子運算系統(10’、10”...)之系統架構與技術，係與「第1圖」所示實施例的電子運算系統10類同，其中，USB匯集器40可包括複數個連接埠(圖中未繪示)，且USB匯集器40所具有的其中一個連接埠，其可連接至外部主機20的USB連接埠，而USB匯集器40所具有的其它連接埠，除了可連接至電子運算系統10的USB介面裝置104，亦可分別連接至電子運算系統(10’、10”...)的各USB介面裝置(圖中未繪示)，依此，各電子運算系統(10、10’、10”...)的USB介面裝置可分別將外部主機20所傳遞的請求指令，各自傳遞給轉換單元進行處理，並於各自的圖形處理單元完成運算後，將USB訊號分別傳遞至外部主機20，以提升外部主機20執行圖形處理任務、或通用運算任務的運算能力。

請參閱「第6圖」，其為本發明之另一實施例(三)之系統架構圖，本實施例與「第4圖」所示實施例之技術類同，主要差異在於，「第4圖」所揭實施例的電子運算系統10可更包含一USB集線器30，且USB集線器30可包括多個連接埠(USB連接器)，則USB集線器30所具有的其中一連接埠可與USB介面裝置104相連接，USB集線器30所具有的其它二個連接埠，則分別與一主控制單元301、及一轉換單元303相連接，再者，USB集線器30更可設置多個擴充連接埠(圖中未繪示)，供以分別連接多個USB周邊裝置302；另，電子運算系統(10’、10”)亦可包含USB集線器30，於此不再贅述。

綜上所述，本發明所提出的電子運算系統，可讓具備USB連接埠的外部主機，僅需連接一USB傳輸線，並完成對應於圖形處理單元之驅動程式的安裝後，外部主機即可成功辨識到到電子運算系統的圖形處理單元，並讀取其運算資源，進而能提升外部主機執行圖形處理任務、或提升其執行通用運算任務的運算能力，尤其可提升該外部主機於虛擬/擴增/混合實境、雜湊演算(尤其是作為區塊練網路中的節點)、訓練機器學習模型等應用層面的運算效能；簡言之，本發明可讓使用者以較低的硬體建置成本，有效提升外部主機的運算能力，尤其更適於舊電腦的昇級。

再者，由於既有的外部主機(例如一筆記型電腦)為了符合輕薄的需求，很多設計必須作取捨，因此既有外部主機的內建顯示卡的功率會比較低，依此，既有外部主機只要外接本發明所提出的電子運算系統，即可有效提升外部主機的運算能力，同時又不失移動的方便性。

再者，外部主機可透過連接一USB匯集器，同時連結多個電子運算系統，以讓外部主機取得各電子運算系統的圖形處理單元的計算資源，且本發明之電子運算系統之內部更可設置一USB集線器，藉以支援多個USB周邊裝置的連線需求，進而使電子運算系統具備擴充性。

唯，以上所述者，僅為本發明之較佳之實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

綜上所述，本發明係具有「產業利用性」、「新穎性」與「進步性」等專利要件；申請人爰依專利法之規定，向鈞局提起發明專利之申請。

10:電子運算系統

101:圖形處理單元

1011:圖形記憶體

102:轉換單元

103:主控制單元

104:USB介面裝置

20:外部主機

201:USB連接埠

202:中央處理單元

L:USB傳輸線

Claims

一種具擴充性之電子運算系統，供以連接一外部主機，且該外部主機具有一USB連接埠，該電子運算系統包含：至少一圖形處理單元，具有一圖形記憶體，該圖形處理單元基於該外部主機的一請求指令，進行運算而產生一PCI-E訊號，且該請求指令為執行一圖形處理任務、或一通用運算任務；一轉換單元，與該圖形處理單元呈電性連接，供以接收該圖形處理單元所傳遞的該PCI-E訊號，並轉換為一USB訊號；一主控制單元，與該轉換單元呈電性連接，供以驅動該轉換單元作動；一USB介面裝置，分別與該主控制單元、及該轉換單元電性連接，供以接收該轉換單元所傳遞的該USB訊號，並透過一USB傳輸線，將該USB訊號傳遞至該外部主機的該USB連接埠；該USB連接埠供以將該USB訊號傳遞至該外部主機的一中央處理單元進行處理，以提升該外部主機執行該圖形處理任務、或該通用運算任務之運算能力；一USB匯集器設置於該外部主機、該電子運算系統、及另一電子運算系統之間，其中，該USB匯集器設置有一連接埠，供以連接至該外部主機的該USB連接埠，該USB匯集器更設置有其它連接埠，供以分別連接至該電子運算系統及另一該電子運算系統的該USB介面裝置，以由該外部主機取得各該電子運算系統之該圖形處理單元的計算資源；以及一USB集線器，該USB集線器所具有的一個連接埠與該USB介面裝置相連接，該USB集線器所具有的其它二個連接埠供以分別連接至該主控制單元及該轉換單元，其中，該USB集線器更設置有多個擴充連接埠，其供以分別連接至多個USB周邊裝置。
如申請專利範圍第1項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，該圖形處理單元為二個以上，其分別與該轉換單元呈電性連接，以分別傳遞該PCI-E訊號至該轉換單元。
如申請專利範圍第1項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，各該USB周邊裝置為一影像感測裝置、一通訊裝置、及一HID裝置之其中一種或其組合。
如申請專利範圍第3項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，該主控制單元與該影像感測裝置呈電性連接，供以從該影像感測裝置接收一影像訊號，以由該主控制單元傳遞至該圖形處理單元後，於該圖形處理單元執行該圖形處理任務。
如申請專利範圍第1項所述的具擴充性之電子運算系統，其中，該圖形處理單元設置於一PCI-E介面槽，該PCI-E介面槽適配於一PCI-E x1介面、一PCI-E x2介面、一PCI-E x4介面、一PCI-E x8介面、及PCI-E x16介面之其中一種。