Диссертация (1090013), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

Совокупность технических решенийсодержит структуры многопроцессорного модуля, методы для выполнениямногокритериальной оптимизации, планирования трассировки, обеспеченияитеративнойпроработкипроектныхрешений,атакжесредствапроектирования и эффективная компоновка модуля для многопроцессорноговычислительного комплекса.63Глава 2. Выполнение многокритериальной оптимизацииВ данной главе представлено научное обоснование разработанныхтехническихрешений,которыевнедренывпроцессепроектированиямногопроцессорных модулей. Используемые для этого подходы и методывыполнениямногокритериальнойоптимизациипозволилисоздатьэффективные процедуры анализа и синтеза многопроцессорных модулей.

На ихосноверазработаныипредставленырасчетно-аналитическиеметодыпроектирования корпуса микросхемы процессора с учетом планированияпериферии ее кристалла и многопроцессорного модуля: метод определенияпараметровтаблицывыводовиметодопределенияпараметроввысокочастотных конденсаторов. Обоснованы и предложены структурымногопроцессорногомодулясэлементамиконструкциимикросхемыпроцессора и этапы совместного выполнения сквозного конструкторскотехнологическогопроектированиямикросхемыпроцессораимногопроцессорного модуля с условиями оптимизации проектных решений.2.1 Оптимизация элементов конструкцииВразделепроектированиипредставленыэлементовметодывыполненияконструкцииоптимизациимикросхемыпроцессораприимногопроцессорного модуля. Оптимальные решения для модуля и микросхемыпроцессора в его основе достигаются только при условии их совместногопроектирования.применялисьСовокупностьдлямногопроцессорныхметодовпроектированиямодулейнаихоптимизациисерверныхоснове.неоднократнопроцессоровОптимизацияиэлементовконструкции многопроцессорного модуля (печатной платы и компонентов)выполняется итеративно, начиная с ранних этапов проектирования микросхемыпроцессора.

Предлагается проводить оптимизацию элементов конструкциимикросхемы процессора (периферии кристалла и элементов корпуса) с учетомпланирования многопроцессорного модуля.642.1.1 Используемые подходы и методы оптимизацииПри решении задачи МКО принято считать, что выбор решенийпроизводит некоторое лицо, принимающее решение (ЛПР), которое преследуетопределенные цели. В рамках проектирования многопроцессорного модуля,начиная с разработки процессора, в роли ЛПР определена группа специалистовво главе с руководителем проекта.

Опыт разработки многопроцессорныхмодулейпоказывает,чтонапрактикеприменяетсявосновномординалистический подход к определению оптимальности решений. Этотподход к определению понятия оптимальности решений апеллирует к порядку«лучше-хуже» и основан на введении понятия бинарных отношений, чтопозволяет формализовать операции попарного сравнения альтернатив и выбораоптимальных решений.Нарядусординалистическим,можетиспользоватьсятакжеикардиналистический подход, основанный на определении предпочтения путемвведении некоторой векторной целевой функции k    k1  ,, ki  ,, k m   ,значением которой является эффективность или ценность проектного решенияв виде конструкции многопроцессорного сервера  .При оптимизации рассматривается множество допустимых вариантовконструкций модуля   и критериальное пространство как множество оценокY для векторной целевой функции k   . Для принятия решений исходя изанализа критериального пространства используется множества эффективныхили Парето-оптимальных оценок 0 0P Y   opt  Y  {k   Y :  k    Y : k    k  } .  (9)Таким оценкам по бинарному отношению  (не хуже) соответствуют Паретооптимальные решения по конструкции многопроцессорного модуля.

Напрактике критерии качества конструкции модуля связаны между собой иявляются антагонистическими. Это означает, что улучшение одних показателей65качества при изменении структуры и параметров конструкции достигается засчет ухудшения других показателей.С целью нахождения вариантов проектных решений по конструкциимногопроцессорного модуля выбраны методы для нахождения множестваПарето-оптимальных вариантов составных частей, основанные на измененииограничений. Для нахождения вариантов, как правило, используется методрабочих характеристик или же метод главного критерия.

Метод рабочиххарактеристик состоит в том, что все целевые функции, кроме одной, например,первой, переводятся в разряд ограничений типа равенства, и ищется еёэкстремум на множестве допустимых альтернативPk     { 0     : arg extrextr k1  , k m    K m } .  (10)Здесь m  1 и K 2 , K 3 ,  , K m  - некоторые произвольные, но фиксированныезначения показателей для критериев оптимизации. Оптимизационная задачарешается последовательно для всех допустимых комбинаций значенийK 2 , K 3 ,  , K m  . В похожем методе главного критерия один из критериевцелевой функции объявляется главным.

Остальные показатели для критериеввводятся вместо равенства как в последней приведенной формуле в разделограничений типа неравенства, где любое значение не должно превышать«порога».Для сужения множества Парето-оптимальных вариантов решений поконструкции многопроцессорного модуля выбран лексикографический подходкак наиболее часто используемый на практике подход для сужения множестваПарето-оптимальных вариантов составных частей. Лексикографический подходиспользуется для нахождения проектного решения из подмножества Паретооптимальных решений c целью получения по возможности большего значенияодного из показателей, даже за счет «потерь» по остальным показателям. Этосоответствует ситуации, когда весь набор критериев строго упорядочен поважности.Присравнениипроектных66решенийиспользуетсялексикографическое отношение k ' lex k " или порядком оценок критериев длявариантов конструкции ' и  " .

С целью сужения вариантов составных частейпри синтезе процессорных систем семейства СМ1820XX в течение многих летиспользовался метод «ВСТ-СКВ» [29]. На практике метод «ВСТ-СКВ»используется только для выбора компонент подсистем контроля, ввода-выводаи синхронизации. Данный метод основан на математическом аппарате нечеткихмножеств, целесообразном при отсутствии строгого предпочтения выборакакого-то из вариантов, и позволяет формализовать выбор электронныхкомпонент.2.1.2 Структуры многопроцессорного модуляС целью анализа и синтеза проектных решений для многопроцессорногомодуля целесообразно применение морфологического подхода с определениемсоставных частей — элементов конструкции модуля, включая микросхемупроцессора в его основе.

Для выполнения требований к многопроцессорномумодулю необходимо выполнение целой группы критериев оптимизации егосоставных частей. Используется иерархия требований для составных частей сцельюопределениямножествадопустимыхпроектныхрешений.Нарисунке 2.1.1 представлена структура многопроцессорного модуля в видесоставных частей с иерархией критериев к ним. Эта иерархия во многомобусловленавыборомреализацииинтерфейсовпроцессора,атакжеруководствами по применению выбранных элементов ввода-вывода (I/O cells) ифункциональных блоков (IP blocks) кристалла. Кроме того, эта иерархияобусловлена также планируемым использованием процессора в несколькихтиповых блоках для различных вычислительных модулей.

Такой подход копределению иерархии составных частей и требований к ним отличается отподхода,применяемогоприиерархическомпроектировании [30].67морфологическомРис. 2.1.1. Составные части и иерархия требований.Наиболее критичны в отношении затрат в случае исправления ошибки вкристалле процессора.

Как правило, стоимость подготовки к производствувычислительного модуля на порядок меньше, чем стоимость подготовкипроизводства корпуса процессора, включая последующую сборку микросхемы,и на два порядка меньше чем стоимость подготовки к производствуполупроводникового кристалла процессора. Поэтому именно оптимизация свыполнением требований к периферии кристалла процессора наиболееприоритетна. При иерархическом морфологическом проектировании одним изприоритетных будет этап оптимизации типового блока процессора привыполнении требований к нему, поскольку он иерархически содержитмикросхему процессора и входит в состав многопроцессорного модулямногопроцессорного сервера [31].Для морфологического подхода характерно следующее:выявлениеперечнядекомпозицияlнаосновныхсоставныефункцийчасти, l  1, L ;68поконструкции,афункциональнымзатемеепризнакамопределениеразныхальтернативныхспособовреализациикаждойсоставной части конструкции и задание допустимых вариантов ихпостроения   l 1 ,  l 1 ,...,  lK l .lформирование различных вариантов построения конструкции в целом наоснове морфологических классов – множества вариантов построениясоставныхчастей,длякоторыхвыполняютсяусловиямногопроцессорногомодуля ( l )   l , l  1, L ,  ( l )   ( j )  0 .Каждыйвариантпостроенияконструкцииопределяется разными возможными вариантами составных частей.Исследованнаяиразработанная,исходяизпрактики,структурамногопроцессорного модуля, включающая компоненты составных частей итехнологии их сборки, представлена на рисунке 2.1.2.Рис.

2.1.2 Составные части, их компоненты и технологии сборки.69Представленные составные части определены исходя из принципа минимальнодостаточной дифференциации конструкции многопроцессорного модуля натрадиционных этапах проектирования микросхемы процессора и модуля.Введение большего количества составных частей нецелесообразно, поскольку втакомслучаеэтичастиразрабатываютсявнерамоктрадиционногоконструкторско-технологического проектирования микросхемы и модуля,которое не включает многие этапы логического и физического проектированияполупроводниковых кристаллов. Уменьшение количества составных частей непозволит получить оптимальные конструкторские решения, поскольку дляпредставленных составных частей существенно различие в используемыхкомпонентах,технологическихограниченияхсборкиикритерияхпроектирования.Значительная часть критериев проектирования создается для выполненияразработчиками составных частей требований защищенности от сбоев иотказоустойчивости вычислительного модуля при функционировании вусловии воздействующих факторов внешней среды.

Характеристики

Список файлов диссертации