Диссертация (1090013), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

Увеличение микросхем процессоров в составемногопроцессорных модулей приводит к снижению выхода годных такихмодулей и снижению вероятности их безотказного функционирования всоответствии со следующими формулами:Y M  YCPMN C (1 YC ) m exp  tK, n i 1i0(5)(t)dt,i(6)где Yc – выход годных микросхем процессоров после тестирования, Nc –количество микросхем процессоров, m – количество ремонтов с заменоймикросхем процессора, K  число типов компонент для обеспеченияфункционирования микросхем процессоров, i (t )  интенсивность отказовкомпонента i – го типа, n i– число компонент i-го типа. Невыполнение56требований применения и возможной замены микросхем процессоров илидругих компонент с учетом технологических ограничений приводит кнепригодности, отказам или сбоям функционирования. Устранение всехошибок разработки, как правило, невозможно без итеративной отработкипроектных решений, поскольку нередкой является зависимость ошибок при ихвыявлении.Такжесущественнойпроблемойпредставленоснижениестоимостиподготовки 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:NsNm 2  Ns Nm 1   0 ,(7)aNs Ns  Ru   Ri  e   Qi    Qib  Pi  Qic  Ci  0 ,(8)i 1 i 1  i1где числа 1 и 2 моменты времени до и после проведения унификации;NsNm — число многопроцессорных модулей вычислительных комплексов;Ns — число реализаций вычислительных комплексов;Ru — затраты на разработку унифицированных модулей;Ri — затраты на разработку специализированных модулей, которые заменяютсяунифицированными модулями; e — эффект, обусловленный повышением обращаемости унифицированныхмодулей (например, повышение производительности и качества приспециализации производства, снижение стоимости комплектующих приповышении количества изготавливаемых модулей);Q i — обращаемость унифицированных модулей для i -го вычислительногокомплекса;57 Pi —положительный или отрицательный эффект, обусловленный сборкойунифицированных модулей вместо сборки специализированных модулей вi -м вычислительном комплексе;Сi —положительныйприобретениемилиотрицательныйкомплектацииэффект,унифицированныхобусловленныймодулейвместокомплектации специализированных модулей i -го комплекса;a , b и с — числа  1 (определяются опытным путем).Условияфункционирования,количествоитипнеобходимыхпериферийных интерфейсов многопроцессорного модуля, а также наборподключаемых к ним устройств пользователя зависит от спецификиприменения вычислительных комплексов в составе систем управления.Выполнение всех требований применения в рамках системотехническогопроектированияможетбытьнецелесообразнымиз-законструкторско-технологических ограничений.Важной проблемой конструкторско-технологической разработки новыхмногопроцессорных вычислительных комплексов, во многом определяющейих конкурентоспособность, является сокращение времени проектирования.Многоядерный процессор нового типа может разрабатываться несколько лет,и появление вычислительных комплексов на его основе крайне желательносразу после выпуска первой партии микросхем.

Это обязывает повозможности начинать проектирование многопроцессорного вычислительногокомплекса до момента готовности микросхемы, по возможности сокративпродолжительностьпроектированияотносительномоментазавершенияразработки кристалла.Опыт совместного конструкторско-технологического проектированияпроцессора, вычислительного модуля и многопроцессорной системы показалреальность временной диаграммы, представленной на рисунке 1.3.4.

Впроцессевыполняемоготакимобразомпроектированиярешаетсямногокритериальная оптимизационная задача, параметрами которой становятся58проектные решения с применением доступных технологий для перифериикристалла, корпуса микросхемы и вычислительного модуля.

Важно отметить ито,чтопараллельнаяорганизацияконструкторско-технологическогопроектирования и подготовки производства изделия позволяет значительноповысить конкурентоспособность проектной организации [22].Рис. 1.3.4. Диаграмма Ганта при реализации вычислительного комплекса.1.3.4 Методологии разработки модулейДостаточно регулярно отмечается эффективность внедрения методологийразработки для элементов конструкции модуля и микросхемы в егооснове [23,24,25,26]. По мнению исследователей и экспертов, на данныймомент прикладная методология при проектировании элементов конструкциимикросхемы и модуля на ее основе должна включать методы решенияследующих задач: 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; упрощение и автоматизация разработки библиотек компонент;59 интеграция множества проектов для элементов конструкций.Из анализа посвященных таким методологиям разработки работ можно сделатьвывод в том, что методологии с решением всех этих задач активноразрабатываются.Наблюдаетсяразвитиеметодовпроектирования,нонеобходимо также отметить необходимость их совершенствования дляустройств повышенной сложности.

К таким устройствам повышеннойсложности можно отнести любой многопроцессорный модуль.Длярешенияприпроектированиилюбоймногокритериальнойоптимизационной задачи важна организация совместного проектированияразличными специалистами. Создание процессора и многопроцессорногомодуля с учетом всех критериев проектирования характеризуется высокойсложностью и трудоемкостью. Как правило, многие критерии учитываютсялишьспециалистамивсоответствующихобластях:физическогопроектирования интегральных схем, корпусирования микросхем, разработкивычислительных модулей или разработки программируемой логики. Присовместной работе необходимо учитывать технологические ограничениятопологии кристалла, коммутационной платы корпуса, печатной платы модуля.Спецификоймногопроцессорныхвычислительныхкомплексовявляетсясложность выполнения конструкторских ограничений для модулей из составалюбоготипатакихкомплексов:модульныхсистем,блейд-сервероворигинальных конструкций или серверов, монтируемых в стойку.В общем виде комплексная методология разработки конструкциикристалла, корпуса микросхемы и печатной платы модуля на ее основе, котораядалее по тексту методологический подход, представлена многочисленнымиорганизациями и консорциумами.

Ведется реализация и внедрение несколькихприкладных методологических подходов как в компаниях разрабатывающихэлектроннуюаппаратуру,такикрупнымипроизводителямисредствавтоматизации проектирования. Такой методологический подход являетсяпопыткой объединить области проектирования интегральной схемы, системы в60корпусе и печатной платы электронного модуля. Объединение различныхобластей проектирования для всех типов электронной аппаратуры являетсясложной и нерешенной проблемой. Например, компанией Cadence DesignSystems, Inc. предложен методологические подход EDA360 как новое видениеотрасли автоматизации проектирования для электроники и сделана попытка егоповсеместного внедрения [27].Прикладные методологические подходы уже активно разрабатываются иприменяются для различных типов устройств [28].

Например, компания ToshibaCorporation разработала и внедрила для разработки устройств собственныйподходchip-package-system(CPS)наосновесредствпроектированияоригинальной разработки: планировщик кристалла, эффективный разработчиккорпуса, анализатор целостности сигналов, анализатор изменений напряженийпитанияирассеиваемоймощности.Анализнесколькихприкладныхметодологических подходов показывает следующие результаты их внедрения: оптимальный корпус и размер кристалла; оптимизация обеспечения целостности сигналов, питания, потребляемоймощности 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; сокращениесроковразработкизасчетсотрудничестваразличныхпроектных групп.Основным недостатком прикладных методологических подходов можноотметить применение трудоемкого и затратного моделирования при отсутствиимакетирования.

Это объясняется необходимостью учета множества критериевпроектирования для систем повышенной сложности. Другим недостаткомотмечено отсутствие учета каких-либо важных критериев. Например, учетобеспечения функционирования аппаратуры в диапазоне температур без61макетирования требует проведения трудоемкого и длительного моделированияс применением высокопроизводительного кластера или суперкомпьютера, чточасто не предусматривается в процессе разработки.Наблюдаетсятенденция,когдаподметодологическимподходомпонимается набор средств проектирования или даже система автоматизациипроектирования c возможностью моделирования элементов системы и системыв целом.

К примеру, известна система автоматизации RioMagic, предложеннаяфирмой Magma Design Automation, которая была приобретена Synopsys Inc. —ведущей компанией в области автоматизации проектирования. Такая системаавтоматизациипозволяетвыполнитьмногокритериальнуюоптимизациюпроизвольным способом и с произвольным принятием управленческихрешений.Этотнедостатоксуществующихметодологическихподходовприводит к низкой эффективности их внедрения в процесс проектирования.Другим недостатком таких подходов является отсутствие макетирования инатурных реализаций.1.4 ВыводыС целью исключения недостатков существующих методических подходовпри выполнении проектов по разработке многопроцессорных модулейвычислительныхкомплексовтребуетсяпровестисоответствующиеисследования.

Аналитических и методических материалов для решениясвязанных с этими недостатками вопросов в открытой печати не обнаружено.Анализсерийноизготавливаемыхмногопроцессорныхмодулейикритериев их проектирования, позволил обосновать область исследования.Обоснованы допущения и ограничения, в которых могут быть проведеныисследования по разработке импортозамещающих вычислительных комплексовна основе многопроцессорных модулей. К ним можно отнести необходимостьразработки доверенных вычислительных комплексов с развитием оригинальнойаппаратно-программной платформы. Требуется исследовать и разработать:62 структурымногопроцессорногомодуляикомплекскритериевихпроектирования с учетом технологий изготовления; методы сквозного проектирования составных частей многопроцессорногомодуля; эффективнуюкомпоновкуунифицированныхмодулейдлямногопроцессорных вычислительных комплексов специального применения; многопроцессорныемодулисприменениемметодоввыполнениямногокритериальной оптимизации, планирования трассировки, обеспеченияитеративной проработки проектных решений и современных средствавтоматизациипроектирования,втомчислеоригинальныхсредствпроектирования 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.

Характеристики

Список файлов диссертации