В.М. Микитин, Н.А. Смирнов, Ю.Д. Тювин - Основы компоновки и расчета параметров конструкций (1088651), страница 17
Текст из файла (страница 17)
1. В основе решения задачи положена методика расчета параметров системного быстродействия, приведенная в главе 7, в соответствии с которой использованы формулы: (7.15) – (7.20).
2. При использовании графика зависимости и соотношений, отражающих оптимальную взаимосвязь между параметрами N, Lкр и и приведенную на рис. 1.1, определены для заданных размеров кристаллов БИС и СБИС значения , которые составляют:
для БИС – = 1,0 мкм,
для СБИС – = 0,45 мкм.
3. Конструктивная задержка ЛЭ по уровням компоновки (лэ) определялась в соответствии с выражением (7.16) по схеме:
для i = 1: 
; (Н0 = 1)
для i = 2: 
и т.д.
4. Все цепи коммутационных элементов (в т.ч. цепи МПП ФБ) рассматривались применительно к КМОП‑элементам как RC‑цепи и время задержки сигнала в них (tцi) определялось по формуле (7.20).
5. При расчете задержки сигнала в логических цепях вариантов конструкции устройства использовались результаты расчетов, приведенные в табл. 8.6 и 8.7, и учитывались ограничения на топологические нормы проектирования БИС и СБИС [14]:
Wпр ≥ 1,5 · ; hпр ≥ 0,2 · ,
в результате чего при расчетах использованы следующие значения параметров проводников металлизации и ЛЭ, приведенные в табл. 8.8.
Таблица 8.8
| Обозначение | Кристаллы | Si‑подложка | МПП ФБ | |
| СБИС | БИС | |||
| лэ, нс | 0,10 | 0,20 | 0,20 | 0,20 |
| Rвых, Ом | 580 | 1200 | 1200 | 1200 |
| ρ0Al, Ом·мм | 3·10-5 | 3·10-5 | 3·10-5 | 2·10-5 |
| R0,Ом/мм | 166,7 | 23,4 | 0,6 | 0,02 |
| C0, пф/мм | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,15 |
6. Конечные результаты расчетов приведены в таблице 8.9.
Таблица 8.9
Результаты расчета параметров системного быстродействия
для 3‑х вариантов конструкции устройства на основе КМОП БИС и СБИС.
| Уровень | Схемная | Max интегр. |
|
| Вар.1 (СБИС) | ||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||
| i = 1 | 10 | 10 | 15 | 2,44 | 2,44 | 0,09 | 0,02 | 0,02 | 0,10 | 0,12 | 8,33 |
| i = 2 | 500 | 50 | 900 | 4,16 | 10,16 | 0,88 | 0,17 | 0,09 | 0,10 | 0,19 | 5,26 |
| i = 3 | 5000 | 10 | 10000 | 2,69 | 27,36 | 1,61 | 0,35 | 0,12 | 0,10 | 0,22 | 4,55 |
| i = 4 | 125000 | 25 | 250000 | 3,93 | 107,5 | 7,36 | 2,64 | 0,22 | 0,10 | 0,32 | 3,12 |
Продолжение таблицы 8.9
| Уровень | Вариант 2 (МКМ) | Вариант 3 (МПП ФБ) | ||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
| i = 1 | 0,19 | 0,07 | 0,07 | 0,20 | 0,27 | 3,70 | 0,19 | 0,07 | 0,07 | 0,20 | 0,27 | 3,70 |
| i = 2 | 1,9 | 0,70 | 0,36 | 0,20 | 0,56 | 1,79 | 1,9 | 0,70 | 0,36 | 0,20 | 0,56 | 1,79 |
| i = 3 | 3,6 | 1,34 | 0,49 | 0,20 | 0,69 | 1,45 | 3,6 | 1,34 | 0,49 | 0,20 | 0,69 | 1,45 |
| i = 4 | 29,4 | 10,7 | 0,88 | 0,20 | 1,08 | 0,93 | 103 | 18,6 | 1,17 | 0,20 | 1,37 | 0,73 |
7. Результаты расчетов, получаемые с помощью используемой методики, могут иметь широкое применение и служить основой для анализа и выбора технических решений по конструкции устройства. Примером подобного анализа может служить количественная оценка оптимальности соотношения между конструктивной и схемной задержками по уровням компоновки устройства или значения тактового быстродействия при заданном числе тактов и многие другие.
Так, напр., результаты расчетов, приведенные в таблице 8.9, показывают, что в варианте 1 устройства (СБИС) при эффективной интеграции на третьем уровне (i = 3), составляющей N3 = 5000 ЭЛЭ, системное быстродействие составляет fс3 = 4,55 ГГц. Это означает, что, если машинный такт в устройстве будет содержать 10 каскадов ЭЛЭ, то тактовое быстродействие его составит Fт3 = 455 МГц, что примерно соответствует тактовому быстродействию современных персональных компьютеров. Другие варианты конструкции устройства этого не обеспечивают.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данное учебное пособие представляет собой сочетание теоретических и прикладных основ компоновки элементов и устройств ЭВМ, составляющих важную составную часть электронного конструирования СВТ. Теоретическая часть основана на принципе функциональной структуризации логической схемы устройства (т.е. на представлении ее в виде нескольких структурных компоновочных уровней) и использовании новой иерархической компоновочной модели схемы устройства.
Основным элементом теоретической части является система взаимосвязанных компоновочных соотношений, предназначенная для расчета первичных компоновочных параметров устройства. Эта система учитывает методы и принципы компоновки элементов в устройстве, а также степень функциональной законченности на каждом компоновочном уровне.
Первичные компоновочные параметры представляют собой основные и производные характеристики логической схемы устройства и одновременно являются схемными параметрами его конструкции. К ним относятся компоновочные характеристики логической схемы по числу внешних контактов (внешних связей), нагрузочной способности цепей, общему числу связей и цепей в схеме и среднему числу связей в одной цепи, числу каскадов элементов в тракте обработки информации и др.
Прикладная часть основ базируется на теоретической части и основана на использовании ряда компоновочных моделей конструкции устройства. Основным элементом прикладной части является набор универсальных инженерных методик, предназначенных для расчета широкого спектра вторичных компоновочных параметров устройства. Этот набор методик учитывает как параметры логической схемы, реализуемой в конструкции, так и новые характеристики самой конструкции (принцип построения: плоскостной или объемный, размеры коммутационного основания, способы вывода внешних связей, расположение внешних контактов, типы линий связи по активным потерям и др.).
Вторичные компоновочные параметры представляют собой в основном спектр характеристик коммутационного элемента устройства и являются, в отличие от логической схемы, непосредственно компоновочными параметрами его конструкции. К ним относятся такие параметры как: средняя и суммарная длина связей и цепей, число трасс и слойность, время задержки сигнала в логических цепях, конструктивная и системная задержка ЛЭ, системное быстродействие устройства и др.
В целом теоретические и прикладные основы, изложенные в пособии, представляют собой единый аппарат конструкторских расчетов СВТ на начальных этапах компоновки устройств и проектирования их конструкции.
Большое внимание в пособии удалено вопросам практического применения как системных компоновочных соотношений, так и инженерных методик. Количество и разнообразие приведенных примеров охватывает по существу весь спектр первичных и вторичных параметров конструкции. При этом в достаточно полной мере формулируются основные условия задачи, а также цели, которые ставятся перед конструктором, производящим расчеты. Решение задач сопровождается краткими комментариями, а результаты решений представляются в виде таблиц, содержащих как значения конечных параметров, так и значения исходных параметров, используемых при расчетах и полученных на более ранних этапах.
Примеры практических расчетов знакомят читателя с количественными характеристиками многих параметров конструкции устройства. Для студентов технических вузов, впервые выполняющие аналогичные расчеты, это очень важно, т.к. помогает более уверенно ориентироваться в диапазоне возможных значений параметров, получаемых при собственных расчетах по приведенным методикам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
