Автореферат (1090010), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Для20этого представлены разработанные средства проектирования составных частеймногопроцессорных модулей, позволяющие учесть ограничения современныхтехнологий и критерии проектирования. На их основе разработанытопологические методы проектирования периферии кристалла для микросхемыпроцессора с учетом трассировки ее корпуса: совокупность методов взаимногоразмещения выводов кристалла, а также метод формирования и оценкитопологических рисунков.Снижены затраты на выполнение этапов сквозного конструкторскотехнологическогопроектированиямикросхемпроцессоровимногопроцессорных модулей путем применения системы автоматизациипроектирования «ЛВВ». Эта система содержит средства проектированиясобственной разработки, внедрение и развитие которых на одном предприятииво многом определило эффективность внедрения совокупности разработанныхтехнических решений.

В результате создания при участии автора новых средствпроектирования для микросхем процессоров со сборкой методом перевернутогокристалла учтена практика конструкторско-технологической разработкимикросхем со сборкой методом проводного монтажа. На данный моментподобные технологии проектирования появились у всех ведущихпроизводителей, хотя при внедрении «ЛВВ» у большинства производителейсредств проектирования они отсутствовали.Во многом обеспечивать целостность сигналов микросхемы процессорапредлагается путем проектирования периферии кристалла с учетом трассировкиее корпуса.

Для выполнения такого проектирования представлены основныекритерии оптимизации в порядке приоритетности: снижение затрат при изготовлении MLM (multi layer masks) — на площадифотошаблона располагается несколько масок для литографии; повышение количества кристаллов на пластине при минимизации ихплощади; повышение выхода годных кристаллов с пластины при минимизации ихплощади; снижение затрат с учетом минимизации слоев коммутационной платыкорпуса микросхемы.Периферия кристалла включает полупроводниковые элементы вводавывода и соответствующие им объемные выводы кристалла, а такжепроводные соединения между ними. Фрагмент выводов кристалла иэлементов корпуса показан на рисунке 4.21Рис.4.

Выводы кристалла и элементы корпуса с трассами ухода.Для минимизации индуктивности и омического сопротивленияподключения шин земли и питания кристалла процессора предложенасовокупность методов взаимного размещения выводов кристалла с учетомтрассировки коммутационной платы корпуса: регулярное размещение всех типов выводов в столбцах; нерегулярное размещение выводов земли и питания в столбцах; двухрядная периферия кристалла; шахматный порядок выводов; чередование выводов однотипных интерфейсов; вращение физических уровней интерфейсов.Целесообразность и новизна предложенных методов обусловлена выполнениемтехнологических ограничений как для кристалла, так и для коммутационнойплаты корпуса микросхемы процессора, а также автоматизация примененияэтих методов в средствах проектирования собственной разработки.

Дляфрагментов периферии кристалла могут применяться различные методывзаимного размещения выводов. Отмечено, что при любом предложенномметоде взаимного размещения соблюдается принцип, при котором чем ближевывод к краю кристалла, тем ближе к кристаллу слой коммутационной платыкорпуса для подключения этого вывода.С целью минимизации взаимных перекрестных наводок сигналов притехнологическом ограничении на зазоры между трассами предложен методформирования и оценки топологических рисунков коммутационной платыкорпуса. Топологическая трассировка выполняется с применением средствапроектирования TopoR (Topological Routing), являющегося российскойразработкой.

Представлены следующие этапы разработанного метода:22размещение кристалла в корпусе микросхемы процессора;формирование трасс ухода от выводов кристалла до точек ухода;формирование трасс ухода от выводов корпуса до точек ухода;выполнение топологической трассировки на каждом слое между точкамиухода одноименных трасс сигналов; оценка топологических слоев, включающих трассы сигналов.Эффективность и новизна предложенного метода обусловлена выполнениемконструкторско-технологических ограничений для корпуса микросхемы, атакже автоматизацией выполнения топологической трассировки. Предложеноприменение этого метода для оценки взаимного размещения выводов кристалла.Возможно выполнение топологической трассировки только для фрагментапериферии кристалла в определенных зонах на каждом слое коммутационнойплаты корпуса.Отмечено, что на практике для выбора проектных решений по перифериикристалла достаточна оценка топологических рисунков, на которых вместотрасс показаны ломаные линии связи.

Представлены результаты выполнениятопологической трассировки на слоях коммутационной платы корпуса. Вкачестве примера результаты трассировки первого слоя различных проектовпоказаны в таблице 2. В трех столбцах таблицы представлены результатызавершенной трассировки на слоях для изготовления (FCPacker),топологической трассировки ломаными линиями связи (Topor) и прямымилиниями связи. В четвертом столбце представлено количество пересеченийтрасс при топологической трассировке с допуском нарушений.Таблица 2. Результаты топологической трассировки разработанных корпусовдля микросхем процессоров.Рекомендовано провести завершенную (детальную) трассировку сигнальнойгруппы, когда трудно оценить по топологическому рисунку выполнимостьтрассировки в заданной зоне на слое коммутационной платы корпуса.23Приведена функциональность средств проектирования собственнойразработки для разработки составных частей многопроцессорных модулей.Рассмотренные в предыдущей главе составные части многопроцессорногомодуля, средства их проектирования и форматы данных, представлены втаблице 3.Таблица 3.

Средства проектирования для взаимосвязанных составных частеймногопроцессорного модуля.СредстваПроизводительпроектирования /средствСоставная частьформаты данныхпроектированияКомпоненты подсистемыввода-вывода, контроля исинхронизацииРедактор символов и правилназначения (PBМ), Librarymanager / *.inp, *.hkp(форматы от MentorGraphics Inc.)Собств. разработка (inhouse software), MentorGraphics Inc.Таблица выводовмикропроцессора (выводыкорпуса)Редактор матрицы корпуса(МЕ) / *.meСобств.

разработка (inhouse software)Периферия кристалламикропроцессора(кристалл с выводами)Компоненты и элементыконструкции корпусаЭлементы слоевкоммутационной платыкорпусаТиповой блокмикропроцессора (скомпонентами памяти ипитания)Элементы слоев печатнойплаты вычислительногомодуляПланировщик кристалла(DP), IC Compiler / *.dpf,*.dump (формат от SynopsysInc.)Менеджер назначения(ASM) / *.asmРедактор коммутационнойплаты (SE), TopoR / *.sdb,*.mcm (формат от CadenceInc.)Собств. разработка (inhouse software),Synopsys Inc.Собств.

разработка (inhouse software)Собств. разработка (inhouse software), EremexInc.Design Capture, ExpeditionPCB / ODB++, RS-274X(gerber files)Mentor Graphics Inc.Design Capture, ExpeditionPCB / ODB++, RS-274X(gerber files)Mentor Graphics Inc.Четвертая глава посвящена итеративной проработке проектных решениймногопроцессорного модуля на этапах функциональной верификации иподготовки к испытаниям микросхемы процессора.

Для выполнения этихэтаповпредставленовспомогательноеоборудование.Предложеныэкспериментальные методы компоновки составных частей многопроцессорногомодуля при создании вспомогательной аппаратуры на этапах проектированиямикросхемы процессора: метод проработки интерфейсов модуля и методпроработки типовых блоков процессора.24Предложена проработка проектных решений для компонентов подсистемыпамяти, ввода-вывода, контроля функционирования и синхронизации из составамногопроцессорного модуля при разработке, наладке и примененииспециализированных прототипов процессора на основе микросхемпрограммируемой логики (ПЛИС). Объединение таких прототипов процессорапозволяет получить модель вычислительного комплекса.

Пример схемымногопроцессорного вычислительного комплекса или его модели представленна рисунке 5.Рис 5. Структурная схема вычислительного комплекса на основе микросхемыпроцессора Эльбрус-8С.С целью обеспечения надежности многопроцессорного модуля предложенметод проработки его интерфейсов для создания прототипов процессора,который состоит из следующих этапов: реализация модуля с функциональностью ядра процессора и интерфейсами,используемыми в многопроцессорном модуле для каналов межпроцессорногообмена; реализация модуля с функциональностью подсистемы памяти процессора иинтерфейсами, используемыми в многопроцессорном модуле для каналовобмена с оперативной памятью; реализация модуля с функциональностью подсистемы ввода-выводамногопроцессорного модуля и интерфейсами, используемыми для устройствпользователя. комплексноетестированиеиспользуемых интерфейсов,устройствпользователя и программного обеспечения вычислительного комплекса.Разработанные в рамках работы прототипы процессоров с применением этогометода представлены на рисунке 6.25Рис 6.

Прототипы процессоров Эльбрус-4С (слева) и Эльбрус-8С (справа).Целесообразность и новизна предложенного метода проработки интерфейсовмногопроцессорного модуля обусловлены развитием современных ПЛИС ивысокочастотных разъемов с высокой плотностью контактов. Выпускаемые впоследнее время микросхемы этого класса содержат физические уровни иконтроллеры новейших интерфейсов, включая встроенные средствадиагностики их функционирования.

Применение самых современныхвысокочастотных интерфейсов не является необходимым для созданияспециализированных прототипов с целью функциональной верификациимодели процессора. Ошибки применения этих интерфейсов при разработкепрототипов с учетом технологических ограничений некритичны, но снижаютмаксимальную возможную частоту эмуляции модели процессора.Отмечено, что предложенный метод проработки интерфейсовмногопроцессорного модуля основан на модульном принципе построенияэлектронной аппаратуры и успешно применен при разработке прототиповмногоядерных процессоров Эльбрус-4С и Эльбрус-8С.

В рамках разработкипрототипапроцессорапроведенатакжепроработкаконструкциивычислительных комплексов с высокочастотной передачей данных черезразъемы модулей. Проработка конструкции вычислительного комплекса,соответствующей новыми стандартами системотехнического проектирования,позволила получить опыт выполнения конструкторских ограничений длямодуля.Сравнительныехарактеристикиразработанныхпрототиповмногоядерных процессоров с известными зарубежными аналогами приведены втаблице 4.26Таблица 4. Технические характеристики специализированныхпрототипов процессоров.Прототип«Эльбрус4С»Прототип«Эльбрус8С»IntelMCEMIBMTwinstarsystemЭльбрус-4СЭльбрус-8СNehalemCore i7Bluegene/Q111230007741470484168,39104Колич. ПЛИС, шт.10214528 - 60Колич.

элементов(блоков) ПЛИС, млн.шт.8,11785,8 - 13Колич. /тип каналовпамяти3 канала /DDR34 канала /DDR318 каналов/ DDR28 каналов/ DDR2ПараметрЭмулируемыйпроцессорКолич. транзисторов,млн. шт.Колич. ядер,микропроцессора, шт.Частота эмуляции напрототипе, МГцПредложена проработка типовых блоков процессора в составе стендатестирования и разбраковки, который разрабатывается и изготавливается дляпроведения испытаний.

Этот стенд является функционально идентичноймоделью вычислительного комплекса и имеет возможность установки сразунескольких микросхем процессоров. В рамках разработки типовых блоков длямикросхемы процессора возможна реализация различных схемотехнических иконструкторско-технологических решений. Определены общие проектныерешения типовых блоков процессора для популярных многопроцессорныхмодулей, которые можно считать критериями оптимизации.Для обеспечения ремонтопригодности и надежности многопроцессорногомодуля предложен метод проработки типовых блоков процессора для созданиястенда тестирования и разбраковки, который состоит из следующих этапов: выбор высокочастотного контактирующего устройства (сокета) тестированияпроцессора при выполнении для каждого типового блока последующихэтапов; размещение микросхемы процессора, компонентов подсистем памяти,контроля, синхронизации по результатам предварительного планирования; выбор и размещение компонентов подсистемы питания; определение структуры слоев и формирование сегментов для питания и земли; трассировка памяти, каналов межпроцессорного обмена и ввода-вывода идругих интерфейсов микросхемы процессора.27Целесообразность и новизна предложенного метода проработки типовых блоковпроцессора обусловлены развитием компонентов системы питания ивысокочастотныхсокетовдлясовременныхсложно-функциональныхмикросхем.

Характеристики

Список файлов диссертации