Автореферат (1090010)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиБычков Игнат НиколаевичИССЛЕДОВАНИЕ, МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ И СОЗДАНИЕМНОГОПРОЦЕССОРНЫХ МОДУЛЕЙ ДОВЕРЕННЫХВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВСпециальность 05.13.15 – Вычислительные машины, комплексы икомпьютерные сети.АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква 2016 г.Работа выполнена в ПАО «Институт Электронных Управляющих Машиним. И.С. Брука»Научный консультант:Фельдман Владимир Марткович,доктор технических наук,заместитель генерального директораПАО «ИНЭУМ им. И. С.

Брука»Официальные оппоненты:Беляев Андрей Александрович,доктор технических наук, начальниклаборатории ОАО НПЦ «ЭЛВИС»Конявский Валерий Аркадьевич,доктор технических наук, научныйруководитель ЗАО «ОКБ САПР»Шагурин Игорь Иванович,доктор технических наук, профессор,заместитель заведующего кафедрой«Микро- и наноэлектроники»Национального исследовательскогоядерного университета «МИФИ»Ведущая организация:Институт проблем информатики РАН(ФИЦ ИУ РАН)Защита диссертации состоится 1 ноября 2016 г.

в 15 час. 00 мин. назаседании диссертационного совета Д.212.131.05 при федеральномгосударственном бюджетном образовательном учреждении высшегообразования "Московский технологический университет"» (МИРЭА) поадресу: г. Москва, пр. Вернадского, д.78, ауд. Д-117.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИРЭА.Автореферат разослан 01 сентября 2016 г.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат технических наук, доцентЕ. Г. Андрианова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.В современных условиях большое значение имеет внедрение отечественнойвычислительной техники в различных сферах экономики и обороноспособностистраны.

Важной нишей рынка вычислительной техники являютсямногопроцессорные вычислительные комплексы (серверы) с общей памятью.Разработка таких доверенных комплексов как специального, так и общегоназначения на основе микросхем многоядерных процессоров и контроллеровроссийской разработки является краеугольной задачей импортозамещениявычислительной техники для обеспечения информационной безопасностисистем управления государственного значения. Вместе с тем, чтобывычислительные комплексы были конкурентоспособными, необходиморазрабатывать и изготавливать их в короткие сроки и с высоким качеством.Мировой опыт разработки модулей на основе сложно-функциональныхмикросхем предполагает использование автоматизированных средствконструкторско-технологическойразработки,позволяющиевыполнитьследующее: оптимизация трасс соединений под кристаллом и микросхемой; создание модели и визуализация конечной электронной аппаратуры; применение множества способов представления соединений; оптимизация выводов микросхемы на основе ограничений; автоматизация разработки библиотеки компонент; интеграция множества проектов для элементов конструкций.В развитие теории и практики конструкторско-технологической разработкиэлектронного модуля на основе сложно-функциональных микросхем внеслизначительный вклад такие известные ученые, как Дж.

Льениг, Ханг-Минг Чен,Т. Мейстер, Г. Томке, Дж. Парк, Л. Хи, Ш. Элассаад и другие. Средироссийских ученых важный вклад в развитие принципов конструкторскотехнологической разработки внесли Б. А. Бабаян, В. Б. Бетелин, В. С. Бурцев,Г. Г. Рябов, А. Л. Стемпковский, В. А. Шахнов и многие другие.Исследование существующих методов конструкторско-технологическойразработки модулей, основанных на использовании систем автоматизациипроектирования, показало их неполноту, в частности для решения следующихвзаимосвязанных задач разработки многопроцессорных модулей: выполнение многокритериальной оптимизации; планирование трассировки модуля; обеспечение итеративной проработки проектных решений; определение эффективной компоновки модуля.Кроме того, ряд проектных решений, таких как результаты компоновки итрассировки многопроцессорного модуля с учетом требований устойчивости кмеханическим, климатическим, электромагнитным и другим воздействиям3зачастую эффективнее осуществлять и принимать с использованием натурныхэкспериментов.

Методы совместного использования натурных экспериментовна макетах и модельных расчетов при проектировании многопроцессорныхмодулей в открытой печати не обнаружены.Таким образом, актуальной становится разработка взаимосвязанныхнаучно-обоснованных технических решений на этапах конструкторскотехнологической разработки многопроцессорных модулей с целью сокращениясроков проектирования и достижения высоких потребительских свойств ихарактеристик аппаратуры отечественных вычислительных комплексов,внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики иобороноспособности страны.

Особенностью выполненных исследованийявляется то, что при ограниченных сроках разработки вычислительногокомплекса на основе микросхем процессоров российской разработки послевыпуска инженерных образцов микросхем процессоров требуется заминимальное время получить вариант модуля на их основе. Для выполненияэтого требования разработка многопроцессорного модуля вычислительногокомплекса проводится одновременно с разработкой микросхемы процессора.При этом оптимальные конструктивные решения для многопроцессорногомодуля и микросхемы процессора достигаются только при условии сквозногоконструкторско-технологического проектирования.Объект и предмет исследованияОбъектомисследованияявляетсявысокопроизводительныевычислительные комплексы на основе многоядерных микросхем процессоров.Предмет исследования – многопроцессорные модули и методы их разработки сучетом современных технологий изготовления и критериев проектирования.Цель и задачи диссертационной работыЦелью диссертационной работы является изложение научно-обоснованныхтехнических решений для конструкторско-технологической разработкимногопроцессорных модулей вычислительных комплексов, внедрение которыхвносит значительный вклад в развитие страны и повышение ееобороноспособности.

Достижение поставленной цели предусматривает решениеследующих задач:1. Исследование серийно изготавливаемых многопроцессорных модулей икритериев их проектирования, позволяющих улучшить основныетехническиехарактеристикиисократитьсрокиразработкиимпортозамещающихвысокопроизводительныхвычислительныхкомплексов.2.

Определениеструктурмногопроцессорногомодуляввидевзаимосвязанных составных частей и комплекса критериев ихпроектирования с учетом технологий изготовления.43.4.5.6.7.8.Разработка методов сквозного проектирования составных частеймногопроцессорного модуля.Применение комплекса критериев и новых методов при совместнойразработке многопроцессорных модулей и микросхем многоядерныхвысокопроизводительных процессоров в их основе.Разработка эффективной компоновки унифицированных модулей длямногопроцессорныхвычислительныхкомплексовспециальногоприменения.Разработка многопроцессорных модулей с применением средствавтоматизации проектирования и вспомогательного оборудования, включаясредства проектирования российской разработки, прототипы, а такжестенды тестирования и разбраковки микросхем процессоров.Разработка многопроцессорных модулей с применением методоввыполнения многокритериальной оптимизации, планирования трассировкии обеспечения итеративной проработки проектных решений.Реализация многопроцессорных вычислительных комплексов различногоприменения на основе разработанных модулей с использованиемсовременныхстандартовдляконструкторско-технологическогопроектирования аппаратуры вычислительных устройств.Методология и методы исследованияДля решения поставленных задач в диссертации применялись принципы иметоды системного анализа, теории принятия управленческих решений,многокритериальной оптимизации, проектирования интегральных схем иэлектронной аппаратуры с применением современных систем автоматизациипроектирования.Научная новизнаНаучная новизна работы заключается в теоретическом анализе методов иобобщениипрактикиконструкторско-технологическойразработкимногопроцессорных модулей вычислительных комплексов, созданииэффективных структур, процедур анализа и синтеза многопроцессорныхмодулей на основе микросхем многоядерных процессоров российскойразработки.

В диссертации получены следующие основные результаты,характеризующиеся научной новизной:1.Предложены конструктивные структуры многопроцессорного модуля сэлементами конструкции микросхемы процессора, в виде взаимосвязанныхсоставных частей, которые отличаются от существующих тем, чтопозволяют применить морфологический подход, методы расширения исужения вариантов проектных решений в рамках многокритериальнойоптимизации с учетом технологических процессов изготовления икритериев проектирования.52.3.4.Разработана совокупность методов сквозного проектирования составныхчастей многопроцессорного модуля, учитывающая в отличие отизвестных методов, как взаимное планирование этих частей, так иитеративную проработку проектных решений на этапах проектированиямикросхемы процессора.Разработаны средства проектирования и методы работы с ними длясоставных частей многопроцессорного модуля, отличающиеся отсуществующих тем, что включают автоматизацию выполненияпланирования трассировки с учетом реализации модуля на основемикросхем многоядерных процессоров.Впервые предложена компоновка модулей унифицированной конструкции,расширяющая в отличие от существующих типов компоновок возможностимасштабированиявычислительногокомплексапоколичествумногоядерных процессоров, оперативной памяти и периферийныхинтерфейсов.Теоретическая и практическая значимость и внедрение результатовработыРазработанные в работе взаимосвязанные научно обоснованныетехнические решения нашли применение при создании с участием авторамногопроцессорных модулей вычислительных комплексов на основе микросхеммногоядерных процессоров с архитектурой «Эльбрус» и «SPARC v9».Лично автором разработаны структуры многопроцессорного модуля сэлементами конструкции микросхемы процессора и методы сквозногопроектирования составных частей многопроцессорного модуля.

Ихтеоретическая значимость определяется расширением методов разработкимногопроцессорныхмодулейнаклассвысокопроизводительныхвычислительных комплексов (серверов) и сведением разработки аппаратурытаких комплексов к созданию многопроцессорных модулей в их основе подустановку в корпуса (шасси) нестандартных конструкций.Применение взаимосвязанных решений позволило в среднем на 20%сократить сроки разработки многопроцессорных модулей и проведениякомплексного тестирования вычислительных комплексов, в два раза сократитьноменклатуру модулей многопроцессорных вычислительных комплексовспециального применения и в среднем на 25% снизить их себестоимость присерийном изготовлении.

Получен патент на вычислительный модуль имногопроцессорную крейтовую систему из этих модулей.С применением разработанных технических решений реализованыварианты четырехпроцессорных модулей вычислительных комплексов наоснове микросхем процессоров с ядрами оригинальной архитектуры «Эльбрус».Вариант вычислительного комплекса Эльбрус-4.4, конструктором которогоявляется автор работы, отмечен первой премией конкурса «Золотой чип – 2015»в номинации «За успехи в импортозамещении». Другим результатом,6полученным автором работы в качестве главного конструктора являетсяразработка системы автоматизации проектирования «ЛВВ». Данная системаиспользуется в процессе разработки многопроцессорных модулей.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации