Диссертация (1090013), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Вводится множествокритериев для обеспечения целостности сигналов, стабильности напряженийпитания, электромагнитной совместимости. К примеру, только с цельюфильтрации помех на шинах питания микросхемы процессора вводятсяследующие критерии для составных частей: наличие отдельных выводов земли и питания всех аналоговых схемкристалла (периферия кристалла процессора); наличие отдельных выводов земли и питания всех аналоговых схеммикросхемы процессора (таблица выводов процессора); подключение выводов земли и питания аналоговых схем процессора кфильтрам на вычислительном модуле (типовой блок процессора).Критерии проектирования для составных частей во многом определяютэффективностьразработки,ноихперечислениедлялюбогомногопроцессорного модуля и микросхемы процессора в его основе не70представляется возможным и целесообразным. Большинство критериеввводятся для реализации эффективных решений.

Такой подход к созданиюкритериев является необходимым для получения правильно построенногопроцессора и модуля на его основе. Обеспечение применения правильного попостроению подхода (correct by construction) к проектированию позволяетминимизировать затраты и сроки разработки [32]. На практике для каждогопроекта модуля и микросхемы процессора в его основе проводился анализрешений для элементов конструкции популярных многоядерных процессоровразличных компаний. Также рассматривались рекомендации для применениятаких процессоров в составе модулей. В результате при проектированиимикросхемы процессора и модуля заимствовались или предлагались новыеэффективные решения.2.1.3 Составные части, этапы и условия их оптимизацииСоставные части, приоритетные критерии для нахождения решений, а такжеэтапы проектирования для выполнения оптимизации этих составных частейпредставлены далее в таблице 5.Классификациясоставных частейконструкциимногопроц.

модуляПриоритетныйЭтап проектир.критерий примикросхемынахождениипроцессорарешенийКомпоненты подсистемыввода-вывода, контроля исинхронизацииУсловия игарантиидолгосрочныхпоставокТаблица выводовпроцессора (выводыкорпуса)Ограничения нагабариты и слоикорпусаФункциональнаяверификация спрототипом наоснове програм.логикиСоздание зонкорпусапроцессораПериферия кристаллапроцессора (кристалл свыводами)Ограничения нагабаритыкристаллаРазработка общейтопологиикристаллаКомпоненты и элементыконструкции корпусаСтабильностьнапряженийпитанияРазмещениекомпонент вкорпусепроцессора71Этаппроектир.многопроц.модуляОпределениекомпонент исозданиебиблиотекиэлементовПланированиетипового блокапроцессораОпределениепосадочногоместа для сокетаи радиатораОпределениеподсистемыпитанияпроцессораЭлементы слоевкоммутационной платыкорпусаТиповой блок процессора(с компонентами памяти ипитания)Элементы слоев печатнойплаты вычислительногомодуляОбеспечениецелостностисигналовВыполнениеограничений дляустановки модуляв корпус / шассиТехнологическиеограничения /количество слоевТрассировкасоединенийкорпусаРазработкаввода-вывода иконтроляПодготовкаоснастки дляиспытанийРазработкатипового блокапроцессораТрассировкасоединений стендатестирования иразбраковкиТрассировкасоединениймодуля внетипового блокапроцессораТаблица 5.

Составные части, этапы их проектирования и приоритетныекритерии для поиска вариантов.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 элементов вводавывода 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;72 определение конструкции корпуса микросхемы процессора с учетомпланирования периферии его кристалла и модуля.Многокритериальнаяоптимизацияприсквозномпроектированиисоставных частей с учетом представленных компонент и технологий сборкипозволяет улучшить технические характеристики многопроцессорного модуляи снизить сроки разработки.2.2 Разработка таблицы выводов серверного процессораВ разделе представлен метод определения параметров таблицы выводовдля серверного процессора при совместном проектировании перифериикристалла процессора, его коммутационной платы корпуса и вычислительногомодуля.

Любые возможные таблицы выводов рассматриваются как параметрыдлязадачимногокритериальнойоптимизации.Продемонстрированоприменение представленного метода при разработке серверного процессораЭльбрус-4С.2.2.1 Анализ методов разработки таблиц выводовСокращение сроков разработки серверного процессора достигается путемсовместного проектирования периферии кристалла, корпуса микросхемы ивычислительного модуля. Одним из важных этапов такого проектированияявляется создание таблицы выводов процессора, представляющей собой егоматрицу выводов с назначенными сигналами.

Формирование таблицы,начинающееся уже на этапе корпусирования полупроводникового кристаллапроцессора, позволяет задать выводы микросхемы, оптимальные для целогоряда модулей, включая многопроцессорные [33].В процессе выполняемого таким образом проектирования решаетсямногокритериальная оптимизационная задача, параметром которой становятсяварианты таблицы выводов. Основными критериями оптимизации являютсястоимость и выполнение конструкторско-технологических ограничений для73элементов конструкции микросхемы, надежность и ремонтопригодностьвычислительного модуля, стабильность напряжений в распределенных сетяхпитания процессора, обеспечение целостности сигналов для интерфейсовпроцессора.На данный момент предложен ряд методов разработки таблицы выводовмикросхемы, в полной мере не охватывающих эти криерии.

Например, в статье[34] описывается метод, в котором игнорируется качество напряжений питанияпроцессора, а в статье [35] предлагается учитывать только надежностьконтактов микросхемы. В то же время, к практически эффективным методамдля многокритериальной оптимизации следует отнести только исследованиепространства параметров, позволяющее определить допустимое множестворешений, и метод изменения ограничений, при котором один из критериевоптимизации оставляется в качестве целевого, а остальные рассматриваютсякак ограничения [36].Основанныйнаэффективныхметодахдлявыполнениямногокритериальной оптимизации прикладной метод определения параметровтаблицы выводов при совместном проектировании периферии кристалла,коммутационной платы корпуса и многопроцессорного модуля описан вразделе 2.2.3.

Как пример его применения в проектах АО «МЦСТ» в разделе2.2.4 приводятся результаты формирования таблицы с размещением кристаллаприсозданиисерверногопроцессораЭльбрус-4С.Длясравнительнойиллюстрации их уровня в следующем разделе предварительно анализируютсярезультаты аналогичных зарубежных разработок.2.2.2 Примеры таблиц выводов фирм Intel и AMDВ качестве показательных примеров разработок, в которых ставились теже цели, можно взять современные многоядерные процессоры:Intel®Xeon® С5500 (США, 2009 год выпуска) в корпусе LGA1366,Intel®Xeon®, E5-2400 (США, 2011 год выпуска) в корпусе LGA2011,74AMD Opteron™ 6100 (США, 2008 год выпуска) в корпусе LGA1944.Таблицы выводов процессоров Xeon® с размещением кристаллов представленына рисунке 2.2.1.Рис.

2.2.1. Таблицы выводов и размещение кристалла:а) Процессора Intel®Xeon® С5500;б) Процессора Intel®Xeon® E5-2400.Матрица выводов процессора Intel®Xeon® С5500 имеет размерность41 × 43, содержит 1366 вывода и центральную область 21 × 17 без выводов дляразмещения конденсаторов со стороны выводов. Габариты микросхемысоставляют 42,5 мм × 45 мм, а шаг между выводами равен 1,016 мм погоризонтали и вертикали.

Над центральной областью располагается кристаллпроцессора микроархитектуры Nehalem с габаритами 18,9 мм × 13,6 мм,выполненный по технологическим нормам 65 нм.Назначение сигналов процессора Intel®Xeon® С5500 выполнено в рамкахчетырех основных зон. Нулевая зона определена для выводов основногопитания и земли кристалла, а первая зона для трех каналов быстродействующейпамяти типа DDR3 с планируемым расположением планок памяти с однойстороны от микросхемы.

В первой зоне выводы земли распределеныравномерно среди выводов байтов памяти, а выводы питания памяти75распределены равномерно среди выводов адреса, команд и управления. Притрассировке вычислительного модуля для каждого канала памяти требуетсявсего один слой. Вторая зона предназначена для канала межпроцессорногообмена, тогда как третья зона - для каналов ввода-вывода. Выводы междунулевой и второй, а также нулевой и третьей зонами являются выводамисигналов управления, синхронизации и диагностики.Матрица выводов процессора Intel®Xeon® E5-2400 имеет размерность43 × 57, содержит 2011 вывода и центральную область 24 × 17 без выводов дляразмещения конденсаторов со стороны выводов. Габариты микросхемысоставляют 45 мм × 52,5 мм.

Характеристики

Список файлов диссертации