Автореферат (1090010), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Исходя из анализа критериальногопространства с целью принятия решения предлагается использованиемножества эффективных или Парето-оптимальных оценокPY   opt Y  {k  0  Y :  k    Y : k    k  0 } .  Таким оценкам по бинарному отношению  (не хуже) соответствуют Паретооптимальные решения по конструкции многопроцессорного модуля. Критериикачества конструкции, как правило, связаны между собой и являютсяантагонистическими.С целью нахождения вариантов проектных решений по конструкциимногопроцессорного модуля выбраны метод рабочих характеристик и методглавного критерия. Метод рабочих характеристик состоит в том, что всецелевые функции, кроме одной, например, первой, переводятся в разрядограничений типа равенства, и ищется её экстремум на множестве допустимыхальтернатив.P    { 0    : arg extrextr k  , k    K }kЗдесь m  1 и1 K 2 , K 3 , , K mmm- некоторые произвольные, нофиксированные значения показателей для критериев оптимизации.Оптимизационная задача решается последовательно для всех допустимыхкомбинаций значений K 2 , K 3 , , K m .

В похожем методе главногокритерия один из критериев целевой функции объявляется главным. Остальныепоказатели для критериев вводятся вместо равенства как в последнейпредставленной формуле в раздел ограничений типа неравенства, где любоезначение не должно превышать порога.Для сужения множества Парето-оптимальных вариантов решений выбранлексикографический подход как наиболее часто используемый на практике. Притаком подходе весь набор критериев строго упорядочен по важности в15соответствии с лексикографическим отношением k ' lex k " или порядком оценоккритериев.При разработке многопроцессорного модуля использован морфологическийподход с определением составных частей — элементов конструкции модуля имикросхемы процессора. С целью выполнения требований к модулю вводитсясовокупность критериев оптимизации его составных частей.

Используетсяиерархия этих критериев с целью определения множества допустимыхпроектных решений. На рисунке 1 представлена структура многопроцессорногомодуля в виде составных частей с иерархией критериев к ним.Рис. 1. Составные части и иерархия требований.Наиболее значимы затраты на исправление ошибки в микросхеме процессора,что во многом и определяет приоритетность критериев. Выполнениемногокритериальной оптимизации с иерархией критериев позволяет снизитьриски, связанные с исправлением ошибок проектирования составных частей,имеющихвысокуюстоимостьизготовления.Другаяструктурамногопроцессорного модуля, включающая компоненты составных частей итехнологии их сборки, представлена на рисунке 2.

Выполнениемногокритериальной оптимизации при сквозном проектировании составныхчастей с учетом представленных компонент и технологий сборки позволяетулучшить технические характеристики многопроцессорного модуля и снизитьсроки разработки вычислительных комплексов.16Рис. 2. Составные части, их компоненты и технологии сборки.Для выполнения многокритериальной оптимизации определены условиядля принятия решений по конструкции многопроцессорного модуля, которыеучитываются на различных этапах проектирования: задание корпуса для вычислительного комплекса с целью определенияконструкторских ограничений для модуля; задание технологий изготовления кристалла, необходимых элементовввода-вывода и IP-блоков для интерфейсов; анализ технологий для составных частей; определение технологий и технологических ограничений для вариантовсоставных частей; создание и введение критериев проектирования для составных частей сучетом их оптимизации; итеративный поиск вариантов для составных частей с применением средствавтоматизации проектирования и вспомогательного оборудования придостижении наилучших показателей по приоритетным критериям; определение конструкции модуля на этапах проектирования микросхемыпроцессора; определение периферии кристалла микросхемы процессора с учетомпланирования элементов его корпуса и модуля; определение конструкции корпуса микросхемы процессора с учетомпланирования периферии его кристалла и модуля.17Таблица 1.

Составные части, этапы их проектирования и приоритетныекритерии для поиска вариантов проектных решений.Классификациясоставных частейконструкциимногопроц. модуляПриоритетныйкритерий принахождениирешенийЭтаппроектир.микросхемыпроцессораЭтаппроектир.многопроц.модуляКомпонентыподсистемы вводавывода, контроля исинхронизацииУсловия игарантиидолгосрочныхпоставокОграничения нагабариты и слоикорпусаФункциональнаяверификация спрототипом наоснове програм.логикиСоздание зонкорпусапроцессораПериферия кристаллапроцессора (кристаллс выводами)Ограничения нагабаритыкристаллаРазработкаобщей топологиикристаллаКомпоненты иэлементыконструкции корпусаСтабильностьнапряженийпитанияЭлементы слоевкоммутационнойплаты корпусаОбеспечениецелостностисигналовРазмещениекомпонент вкорпусепроцессораТрассировкасоединенийкорпусапроцессораОпределениекомпонент исозданиебиблиотекиэлементовПланированиетипового блокапроцессораОпределениепосадочногоместа для сокетаи радиатораОпределениеподсистемыпитанияпроцессораРазработкаподсистемыввода-вывода иконтроляТаблица выводовпроцессора (выводыкорпуса)Типовой блокпроцессора (скомпонентамипамяти и питания)Выполнениеограничений дляустановки модуля вкорпус / шассиПодготовкаоснастки дляиспытанийРазработкатипового блокапроцессораЭлементы слоевпечатной платывычислительногомодуляТехнологическиеограничения /количество слоевТрассировкасоединенийстендатестирования иразбраковкиТрассировкасоединениймодуля внетипового блокапроцессораОтмечено, что представленные составные части определены исходя изпринципаминимальнодостаточнойдифференциацииконструкциимногопроцессорного модуля на традиционных этапах проектированиямикросхемы процессора и модуля на ее основе.

Введение большего количествасоставных частей нецелесообразно, поскольку в таком случае эти частиразрабатываются вне рамок традиционного конструкторско-технологическогопроектирования микросхемы и модуля, которое не включает многие этапылогического и физического проектирования полупроводниковых кристаллов.Уменьшение количества составных частей не позволит получить оптимальныеконструкторские решения, поскольку для представленных составных частей18существенно различие в используемых компонентах, технологическихограничениях сборки и критериях проектирования. Типичные этапыпроектирования составных частей и приоритетные критерии при нахождениипроектных решений для созданных в работе модулей, представлены в таблице 1.Составные части и их компоненты, которые относятся к микросхемепроцессора, представлены на рисунке 3.Рис.3.

Конструкция разработанных корпусов для микросхем процессоров.Во многом для обеспечения стабильности напряжений питанияпроцессора разработан метод определения параметров таблицы выводов.Параметрами таблицы выводов корпуса, показанных на рисунке 3, являютсягабариты микросхемы, размерности матрицы выводов, соответствие сигналоввыводам микросхемы, шаг(и) и количество выводов, размерность области дляразмещения конденсаторов со стороны выводов. В результате анализа таблицвыводов с размещением кристаллов для популярных многоядерныхпроцессоров определены основные критерии их проектирования. Предложеныследующие этапы данного метода: выбор шага(ов) выводов, матрицы выводов, зон пассивных компонентов иотсутствия сигнальных выводов у границ кристалла; формирование зон для выводов микросхемы и планирование зон на слояхкоммутационной платы корпуса; назначение сигналов выводам микросхемы при планировании типового блокапроцессора и каналов межпроцессорного обмена, проводимое с учетомтрассировки многопроцессорного модуля.При выполнении этих этапов используется лексиграфический порядоккритериев.

На каждом этапе определяется ограниченный набор критериев. Напервом этапе приоритетна оценка стоимости изготовления элементовконструкции микросхемы, а также - выполнения технологических ограниченийдля многопроцессорного модуля. На втором этапе главным образом19учитываются технологические ограничения для элементов конструкциимикросхемы и стабильность напряжения в распределенных сетях питаниямикросхемы процессора.

На третьем этапе основное значение придаетсяобеспечению целостности сигналов для интерфейсов микросхемы процессорапутем снижения взаимных перекрестных наводок, сопротивления ииндуктивности подключения шин земли и питания, а также – надежности иремонтопригодности многопроцессорного модуля.Для обеспечения стабильности напряжений в сетях питания микросхемыпроцессора в частотном диапазоне до 100 МГц разработан метод определенияпараметров высокочастотных конденсаторов в составе распределенных сетейпитания. Параметрами высокочастотных конденсаторов являются количествоуровней размещения, количество и типы конденсаторов на каждом уровне,индуктивность подключения конденсаторов уровня. Проведен анализвысокочастотных конденсаторов популярных микросхем многоядерныхпроцессоров путем расчетного определения их паразитной индуктивности иоценки изменений напряжения в распределенной сети питания.

Полученоэкспериментальное подтверждение расчетного способа определения врезультате наблюдений изменений напряжения в сетях питания. В результатепроведенного анализа высокочастотных конденсаторов, показанных нарисунке 3, выявлены критерии проектирования для определения их параметров.Предложены следующие этапы разработанного метода: выбор конструкции микросхемы, ее контактирующего устройства (сокета) иопределение количества уровней размещения конденсаторов; определение индуктивности подключения конденсаторов при планированииих размещения на каждом уровне; выбор типов и количества конденсаторов каждого типа для уровнейразмещения с использованием оценок изменения напряжения питания из-запроцессов в распределенных сетях питания.При выполнении этих этапов используется лексиграфический порядоккритериев. На первом этапе приоритетны оценки стоимости изготовленияэлементов конструкции микросхемы, сокета и многопроцессорного модуля.

Навтором этапе главным образом учитываются технологические ограничения дляэлементов конструкции микросхемы и многопроцессорного модуля. На третьемэтапе основное значение придается стабильность напряжения в распределенныхсетях питания микросхемы процессора.Расчетно-аналитические методы проектирования корпуса микросхемыпроцессора с учетом планирования периферии кристалла и компоновкимногопроцессорного модуля позволили обеспечить детальное планированиетрассировки плат многопроцессорных модулей.Третья глава посвящена методическому аппарату и техническим решениям подетальному планированию трассировки многопроцессорного модуля, включаятрассировку коммутационной платы корпуса микросхемы процессора.

Характеристики

Список файлов диссертации