Диссертация (Исследование, методы разработки и создание многопроцессорных модулей доверенных вычислительных комплексов)

ПАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука»УДК 004.3’12На правах рукописиБычков Игнат НиколаевичИсследование, методы разработки и создание многопроцессорныхмодулей доверенных вычислительных комплексовСпециальность:05.13.15 – Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сетиДиссертация на соискание ученой степенидоктора технических наукНаучный консультантФельдман Владимир Марткович,доктор технических наукМосква – 2016 г.СодержаниеСодержание..................................................................................................................

2Введение....................................................................................................................... 7Актуальность работы ............................................................................................. 7Объект и предмет исследования...........................................................................

9Цель и задачи диссертационной работы ............................................................. 9Методология и методы исследования ............................................................... 10Научная новизна работы ...................................................................................... 10Теоретическая и практическая значимость и внедрение результатов работы 11Соответствие паспорту специальности ............................................................. 13Достоверность научных положений и выводов............................................... 14Результаты, выносимые на защиту диссертации ............................................. 14Апробация работы ................................................................................................

15Публикации по теме диссертации ...................................................................... 18Глава 1. Анализ разработок доверенных вычислительных комплексов ............. 221.1 Электронные компоненты и реализация доверенных вычислительныхкомплексов .............................................................................................................

221.1.1 Положение на мировом рынке и доверенность оборудования ..... 221.1.2 Оценка разработок ............................................................................. 241.1.3 Экспортный контроль и индикаторы планирования...................... 271.1.4 Классификация электронных компонент ........................................

291.1.5 Микросхемы процессоров и периферийных контролеров ............ 321.1.6 Микросхемы программируемой логики.......................................... 351.2 Аппаратно-программная платформа «Эльбрус» ....................................... 371.2.1 Основные проблемы информационно-телекоммуникационнойотрасли ......................................................................................................... 371.2.2 Управление параллелизмом операций............................................. 391.2.3 Динамическая компиляция и оптимизация.....................................

411.2.4 Технология защищенного исполнения программ .......................... 4521.3 Анализ многопроцессорных вычислительных комплексов .................... 481.3.1 Факторы развития вычислительных комплексов ........................... 481.3.2 Результаты исследования завершенных разработок...................... 501.3.3 Основные проблемы проектирования ............................................. 541.3.4 Методологии разработки модулей................................................... 591.4 Выводы ............................................................................................................. 62Глава 2.

Выполнение многокритериальной оптимизации.................................... 642.1 Оптимизация элементов конструкции ........................................................ 642.1.1 Используемые подходы и методы оптимизации ............................ 652.1.2 Структуры многопроцессорного модуля ........................................ 672.1.3 Составные части, этапы и условия их оптимизации...................... 712.2 Разработка таблицы выводов серверного процессора.............................. 732.2.1 Анализ методов разработки таблиц выводов..................................

732.2.2 Примеры таблиц выводов фирм Intel и AMD ................................. 742.2.3 Метод определения параметров таблицы выводов ........................ 792.2.4 Таблица выводов процессора Эльбрус-4C ...................................... 812.2.5 Оценка метода для определения параметров таблицы выводов... 862.3 Конденсаторы сети питания серверного процессора ............................... 872.3.1 Целевой импеданс сети питания ...................................................... 872.3.2 Процессы в частотных контурах ......................................................

892.3.3 Паразитная индуктивность ............................................................... 922.3.4 Реализации процессоров в корпусе BGA и LGA............................ 952.3.5 Метод определения высокочастотных конденсаторов .................. 982.3.6 Экспериментальные исследования .................................................. 992.4 Выводы ...........................................................................................................

102Глава 3. Планирование трассировки ..................................................................... 1043.1 Методы планирования периферии кристалла и трассировки корпуса 1043.1.1 Критерии при планировании периферии кристалла .................... 1043.1.2 Регулярное размещение всех типов выводов................................ 10733.1.3 Нерегулярное размещение выводов земли и питания ................. 1083.1.4 Двухрядная периферия кристалла.................................................. 1093.1.5 Шахматный порядок выводов ........................................................

1103.1.6 Чередование выводов однотипных интерфейсов ......................... 1113.1.7 Вращение физических уровней интерфейсов ............................... 1123.2 Применение средств проектирования корпуса микросхемы ................ 1143.2.1 Функциональность и состав средств проектирования.................

1153.2.2 Средства проектирования ............................................................... 1173.2.3 Метод формирования и оценки топологических рисунков......... 1203.2.4 Результаты топологической трассировки ..................................... 1223.2.5 Применение 3D моделей ................................................................. 1263.3 Создание символов для микросхем модуля ............................................. 1293.3.1 Тенденции в проектировании ......................................................... 1293.3.2 Пример взаимодействия систем проектирования ........................

1323.3.3 Процесс создания символов............................................................ 1333.3.4 Создание правил назначения сигналов выводам микросхем ...... 1363.4 Выводы ........................................................................................................... 138Глава 4. Обеспечение итеративной отработки решений.................................... 1414.1 Прототипы на основе программируемой логики .................................... 1414.1.1 Функциональная верификация серверных процессоров ............. 1414.1.2 Обзор аппаратных ускорителей .....................................................

1424.1.3 Задачи прототипирования............................................................... 1444.1.4 Этапы разработки аппаратуры прототипа..................................... 1464.1.5 Особенности реализации прототипа процессора ......................... 1474.1.6 Разработки прототипов ................................................................... 1504.2 Стенд тестирования и разбраковки ...........................................................

1524.2.1 Структурная схема многопроцессорного модуля ........................ 1524.2.2 Требования сквозного проектирования......................................... 1544.2.3 Типовой блок процессора ............................................................... 15644.2.3 Четырехпроцессорный модуль.......................................................