Автореферат (1090010), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Повышение пропускнойспособности приводит к увеличению количества выводов и потерям полезныхсигналов (дБ) в интерфейсных соединениях микросхемы процессора, которыеопределяются следующими формулами:N I / Os  0,82  G 0, 45 ,Att  20  loge  a1 f  a 2  f  a3  f2,где G – показатель степени интеграции правила Рента, пропорциональныйколичеству логических элементов кристалла, f – частота передачи, a1 , a2 , a3 –коэффициенты, характеризующие соединения. Одновременное переключениесигналов на выводах и их взаимные перекрестные наводки при технологическомограничении на зазоры между трасс, количество и подключениевысокочастотных конденсаторов развязки способны привести к сбоюфункционирования. Ограничение частоты передачи данных во многомобусловлено индуктивностью подключения шин земли и питания микросхемыпроцессора. С целью уменьшения этой индуктивности подключения длямикросхем процессоров отмечается уменьшение отношения сигнальныхвыводов к выводам земли и питания, причем у современных микросхем этоотношение N N1 3.sP ,GЕще одной проблемой представлено обеспечение ремонтопригодности инадежности многопроцессорного модуля при увеличении количествамикросхем процессоров, оперативной памяти и периферийных интерфейсов.Увеличение микросхем процессоров в составе многопроцессорных модулейприводит к снижению выхода годных таких модулей и снижению вероятностиих безотказного функционирования в соответствии со следующимиформулами:YM  YCNC (1YC ) m,t KPM  exp   ni  i (t )dt  , i 1 0где Yc – выход годных микросхем процессоров после тестирования, Nc –количество микросхем процессоров, m – количество ремонтов с заменой11микросхем процессора, K  число типов компонент для обеспеченияфункционирования микросхем процессоров, i (t )  интенсивность отказовкомпонента i – го типа, ni – число компонент i-го типа.

Невыполнениетребований применения и возможной замены микросхем процессоров илидругих компонент с учетом технологических ограничений приводит кнепригодности, отказам или сбоям функционирования. Устранение всех ошибокразработки, как правило, невозможно без итеративной отработки проектныхрешений, поскольку нередкой является зависимость ошибок при их выявлении.Также существенной проблемой представлено снижение стоимостиподготовки к производству и себестоимости серийного изготовления приповышении уровня унификации модулей.

Повышение уровня унификациисвязанно с сокращением номенклатуры и экономической целесообразностьювыполнения совокупности требований для применения многопроцессорногомодуля в составе аппаратуры различных вычислительных комплексов, чтопредлагается описывать следующими соотношениями:N sN m 2  N s N m 1   0 , Ns Ru   Ri  e    Qii 1 i 1NsaNsbc,   Qi  Pi  Qi  Ci  0i 1где числа 1 и 2 моменты времени до и после проведения унификации;N m — число многопроцессорных модулей вычислительных комплексов;N s — число реализаций вычислительных комплексов;Ru — затраты на разработку унифицированных модулей;Ri — затратынаразработкуспециализированныхмодулей,которыезаменяются унифицированными модулями;e — эффект, обусловленный повышением обращаемости унифицированныхмодулей (например, повышение производительности и качества приспециализации производства, снижение стоимости комплектующих приповышении количества изготавливаемых модулей);Qi — обращаемость унифицированных модулей для i -го вычислительногокомплекса;Pi — положительный или отрицательный эффект, обусловленный сборкойунифицированных модулей вместо сборки специализированных модулейв i -м вычислительном комплексе;С i — положительный или отрицательный эффект, обусловленныйприобретением комплектации унифицированных модулейкомплектации специализированных модулей i -го комплекса;a , b и с — числа  1 (определяются опытным путем).12вместоУсловия функционирования, количество и тип необходимых периферийныхинтерфейсов многопроцессорного модуля, а также набор подключаемых к нимустройств пользователя зависит от специфики применения вычислительныхкомплексов в составе систем управления.

Выполнение всех требованийприменения в рамках системотехнического проектирования может бытьнецелесообразным из-за конструкторско-технологических ограничений.Для ускоренного создания электронной аппаратуры с учетом проблемконструкторско-технологической разработки в течение последних десяти летведущими производителями и консорциумами в области микроэлектроникивелись исследования и разработки методологических подходов.

На текущиймомент ведется реализация и внедрение нескольких похожих методологическихподходов как в компаниях разрабатывающих электронную аппаратуру, так икрупными производителями средств автоматизации проектирования. Любойтакой методологический подход пытается объединить области проектированияинтегральной схемы, системы в корпусе и печатной платы модуля.Приведены результаты разработки и внедрения похожих методологическихподходов, которые состоять в следующем: оптимальный корпус и размер кристалла; оптимизация питания, потребляемой мощности, обеспечение целостностисигналов и высокочастотной передачи данных; минимизация сложности и стоимости корпуса микросхемы; снижение рисков изменения конструкции микросхемы или модуля на ееоснове (ECO-engineering change orders), что повышает производительностьтруда проектных групп и делает предсказуемым планирование проектов; сокращение сроков разработки за счет сотрудничества различныхпроектных групп.Основным недостатком существующих методологических подходов отмеченоприменение трудоемкого и затратного моделирования при отсутствиимакетирования.

Это объясняется необходимостью учета множества критериевпроектирования для систем повышенной сложности. Другим недостаткомотмечено отсутствие учета важных критериев. Например, учет обеспеченияфункционирования аппаратуры в диапазоне температур без макетированиятребует проведения трудоемкого и длительного моделирования с применениемвысокопроизводительного кластера или суперкомпьютера, что часто непредусматривается в процессе разработки.Отмечена тенденция, когда под методологическим подходом понимаетсянабор средств проектирования или даже система автоматизации проектированияc возможностью моделирования составных частей и аппаратуры в целом.

Такаясистемапозволяетвыполнитьмногокритериальнуюоптимизациюпроизвольным способом и с произвольным принятием решений. Этотнедостаток методологических подходов приводит к низкой эффективности ихвнедрения в процесс разработки. Аналитических и методических материалов13для решения связанных с этим недостатком вопросов в открытой печати необнаружено.С целью исключения указанных недостатков при выполнении проектов поразработке многопроцессорных модулей вычислительных комплексов требуетсяпровести соответствующие исследования.

Анализ серийно изготавливаемыхмногопроцессорных модулей и критериев их проектирования, позволилобосновать область исследования. Обоснованы допущения и ограничения, вкоторыхмогутбытьпроведеныисследованияпоразработкеимпортозамещающихвычислительныхкомплексовнаосновемногопроцессорных модулей. К ним можно отнести необходимость разработкидоверенных вычислительных комплексов с развитием оригинальной аппаратнопрограммной платформы. Требуется исследовать и разработать: структуры многопроцессорного модуля и комплекс критериев ихпроектирования с учетом технологий изготовления; методы сквозного проектирования составных частей многопроцессорногомодуля; эффективнуюкомпоновкуунифицированныхмодулейдлямногопроцессорных вычислительных комплексов специального применения; многопроцессорные модули с применением методов выполнениямногокритериальной оптимизации, планирования трассировки, обеспеченияитеративной проработки проектных решений и современных средствавтоматизации проектирования, в том числе оригинальных средствпроектирования российской разработки; многопроцессорные вычислительные комплексы различного применения наоснове разработанных модулей с использованием современных стандартовдляконструкторско-технологическогопроектированияаппаратурывычислительных устройств.Автором работы в течение нескольких лет разработана и внедрена, авпоследствии усовершенствована совокупность взаимосвязанных техническихрешений для конструкторско-технологической разработки многопроцессорныхмодулей вычислительных комплексов.

Совокупность технических решенийсодержит структуры многопроцессорного модуля, методы для выполнениямногокритериальной оптимизации, планирования трассировки, обеспеченияитеративной проработки проектных решений, а также средствапроектирования и эффективная компоновка модуля для многопроцессорноговычислительного комплекса.Во второй главе представлено научное обоснование разработанныхтехнических решений, которые внедрены в процессе проектированиямногопроцессорных модулей.

Используемые для этого подходы и методывыполнения многокритериальной оптимизации позволили создать эффективныепроцедуры анализа и синтеза многопроцессорных модулей. На их основеразработаны и представлены расчетно-аналитические методы проектирования14корпуса микросхемы процессора с учетом планирования периферии еекристалла и многопроцессорного модуля: метод определения параметровтаблицы выводов и метод определения параметров высокочастотныхконденсаторов. Обоснованы и предложены структуры многопроцессорногомодуля с элементами конструкции микросхемы процессора и этапы совместноговыполнения сквозного конструкторско-технологического проектированиямикросхемы процессора и многопроцессорного модуля с условиямиоптимизации проектных решений.В процессе разработки предложено рассматривать конструкциюмногопроцессорного модуля  , множество допустимых вариантов такихконструкций   и критериальное пространство как множество оценок Y длявекторной целевой функции k   .

Характеристики

Список файлов диссертации