Диссертация (1090013), страница 14
Текст из файла (страница 14)
При заданной размерности матрицы такиегабариты получаются путем расположения выводов в шахматном порядке сшагом 1,016 мм по горизонтали и 0,8814 мм по вертикали. Над центральнойобластью располагается кристалл процессора микроархитектуры Sandy Bridge сгабаритами 20,9 мм × 20,8 мм, выполненный по технологическим нормам 32нм.Назначение сигналов процессора Intel®Xeon® E5-2400 выполнено врамках пяти основных зон.
Нулевая зона определена для выводов основногопитания и земли кристалла. Первая и вторая зона предназначены для четырехканалов быстродействующей памяти типа DDR3, по два канала памяти вкаждой и с планируемым расположением планок памяти с двух сторон отмикросхемы. Выводы земли и байтов памяти распределены в этой зоне сотами,тогда как выводы питания памяти распределены равномерно среди выводовадреса, команд и управления.
При трассировке вычислительного модуля длякаждого канала памяти требуется не менее двух слоев. Третья зонапредназначена для каналов ввода-вывода, тогда как четвертая зона - дляканалов межпроцессорного обмена. Выводы между третьей и четвертой зонамиявляются выводами сигналов управления, синхронизации и диагностики.76В результате анализа таблиц выводов с размещением кристаллов дляпопулярных многоядерных процессоров, представленных на рисунке 2.2.1,выявлены следующие критерии проектирования таблицы выводов: наличие зоны для выводов основного питания и земли от границымикросхемы до границы кристалла; наличие зоны, свободной от сигнальных выводов, для расположения над нейкристалла, а также размещения конденсаторов со стороны выводов; наличие расстояния около миллиметра между выводами или сквознымипереходными отверстиям под микросхемой, которое позволяет провести налюбом слое модуля две трассы с зазором и шириной 100 мкм; наличие выводов земли/питания в соседних к сигнальным выводам позицияхматричного корпуса; наличие зон выводов и зон коммутационной платы корпуса для различныхинтерфейсов микросхемы процессора; возможность трассировки каналов памяти, каналов межпроцессорногообмена, каналов ввода-вывода, сигналов управления, синхронизации идиагностики при использовании количества слоев печатной платы модуля, непревышающего числа каналов оперативной памяти микросхемы процессора; наличие фильтрации подводимого питания путем выделения выводов землии питания аналоговых схем и их подключения к фильтрам на модуле; возможность размещения периферии кристалла, с минимизацией длинытрасс на коммутационной плате корпуса.АналогичныепроектныерешенияреализованыдляпроцессораAMD Opteron™ 6100.
Отличие от микросхем процессоров от Intel состоиттолько в расположении выводов основного питания, помещенных средисигнальных выводов межпроцессорных каналов и канала ввода-вывода.Таблицавыводовэтогопроцессорапредставлена на рисунке 2.2.2.77сразмещениемдвухкристалловРис. 2.2.2. Таблица выводов и размещение кристаллов процессораAMD Opteron™ 6100.Матрица выводов процессора AMD Opteron™ 6100 имеет размерность40 × 57, содержит 1944 вывода и центральную область 27 × 10 без выводов дляразмещения конденсаторов со стороны выводов.
Габариты микросхемысоставляют 42,5 мм × 60 мм, а шаг между выводами равен 1 мм по горизонталии вертикали. Над центральной областью располагаются два одинаковыхкристаллапроцессорамикроархитектурыIstanbulсгабаритами18,9 мм × 13,6 мм каждый, выполненные по технологическим нормам 65 нм.Назначение сигналов выполнено в рамках двух основных зон. Нулевая зонаопределена для выводов четырех каналов быстродействующей памяти типаDDR3 с планируемым расположением планок памяти с одной стороны отмикросхемы. В этой зоне выводы земли распределены равномерно средивыводов байтов памяти, а выводы питания памяти распределены равномерносреди выводов адреса, команд и управления.
При трассировке вычислительногомодуля для каждого канала памяти требуется не менее одного слоя. Первая зонапредназначена для каналов межпроцессорного обмена и ввода-вывода, а также78для выводов основного питания и земли. Выводы между нулевой и первойзонамиявляютсявыводамисигналовуправления,синхронизацииидиагностики.2.2.3 Метод определения параметров таблицы выводовОпыт показал эффективность итеративного выполнения следующих этаповдля разработки таблицы выводов в рамках совместного проектированияпериферии кристалла, корпуса микросхемы и многопроцессорного модуля:1.Выбор шага(ов) выводов, матрицы выводов, зон пассивных компонентовмикросхемы и отсутствия сигнальных выводов, у границ кристалла;2.Формирование зон выводов микросхемы и планирование секторов наслоях коммутационной платы корпуса;3.Назначение сигналов выводам микросхемы при планировании типовогоблока процессора и каналов межпроцессорных обменов, проводимое сучетом трассировки многопроцессорного модуля.При этом необходимо, чтобы технологии изготовления элементов конструкциимикросхемы и модуля были заранее определены на стадии техникоэкономического обоснования [37].
На первом этапе приоритетна оценкастоимости изготовления элементов конструкции микросхемы, а такжевыполненияконструкторско-технологическихограниченийдлявычислительного модуля. На втором этапе главным образом учитываютсяконструкторско-технологические ограничения для элементов конструкциимикросхемы и изменения напряжения в распределенных сетях питанияпроцессора. На третьем этапе основное значение придается обеспечениюцелостности сигналов для интерфейсов процессора, а также – надежности иремонтопригодности вычислительного модуля.При последовательной реализации этапов одни критерии оптимизациистановятся важнее других, поэтому общий критерий оптимальности можноопределить по лексикографическому порядку с линейной сверткой частных79критериев,апоисклексикографическогооптимальныхмножестварешений[38].проводитсяСуществованиесредииерархиисредикритериев позволяет решать лексикографические задачи последовательно, шагза шагом оптимизируя по очередному критерию, и используя оптимальныезначения параметров предварительных критериев как ограничения.Накаждомпроектированиянапряженийэтапедляопределяетсякритериевпитанияограниченныйоптимизации.целесообразно,наборНапример,соответственнодляэтапам,критериевкачествавыделитьследующие три критерия проектирования:минимизацияимпедансацепейпитанияпутемустановкивысокочастотных конденсаторов на корпусе микросхемы и на модуле приминимальной индуктивности их подключения;минимизация омического сопротивления в цепях питания процессора;фильтрация токов цепей питания путем выделения выводов земли ипитания аналоговых схем и их подключения к фильтрам, установленнымна вычислительном модуле.Сущность метода состоит в выборе рациональных решений для снижениясебестоимости микросхемы процессора и платы модуля на ее основе.
Кпримеру, переменные шаги выводов для микросхемы процессора APU FT1фирмы АMD, показанный на рисунке 2.2.3 а), позволяет выполнитьтрассировку большинства соединений модуля в первом слое без сквозныхотверстий. Тем самым снижается себестоимость изготовления платы иснижается омическое сопротивление полигонов земли или питания дляподключения к ним выводовцентра таблицы. Другим примером являетсяпеременные шаги выводов для микросхемы процессора Intel®Xeon® E5-2400,показанные на рисунке 2.2.3б). Расположение выводов в шахматном порядке ишагом между вертикальнымирядами в 0,8814 мм позволило сохранитьрасстояние между выводами в 1 мм и уменьшить один из габаритовмикросхемы на ~12%.
Тем самым снижается себестоимость микросхемы80процессора при сохранении класса точности для изготовления платы модуля.Класс точности во многом определяется минимальной шириной контактнойплощадки переходного отверстия и трассы печатной платы модуля.Рис. 2.2.3. Таблицы с несколькими шагами выводов.2.2.4 Таблица выводов процессора Эльбрус-4CТаблица выводов процессора Эльбрус-4C с размещением кристалла,выделенного рамкой, в корпусе HFC BGA 1600 представлена на рисунке 2.2.4.Матрица выводов процессора, сформированная на первом из описанных в ранееэтапов разработки, имеет размерность 40 × 40. Она содержит 1600 выводов ицентральную область размером 19 × 20, в которой расположены выводыосновногопитания,вспомогательногопитания,земликристаллаинеиспользуемые выводы.
Габариты микросхемы составляют 42,5 мм × 42,5 мм,а шаг между выводами равен 1 мм по горизонтали и вертикали. Надцентральной областью располагается кристалл процессора микроархитектуры«Эльбрус» с габаритами 19 мм × 20 мм, выполненный по технологическимнормам 65 нм.81Рис. 2.2.4. Таблица выводов и размещение кристалла микросхемыпроцессора Эльбрус-4C.В рамках второго этапа разработки таблицы выводов определены четыреосновные зоны, которые задают секторы коммутационной платы корпуса дляпланарной трассировки от области кристалла до выводов микросхемы.
Нулеваязона определена для выводов основного питания и земли кристалла. Перваязона выделяется для трех каналов быстродействующей памяти типа DDR3 спланируемым расположением планок памяти с одной стороны от микросхемы.Вторая и третья зоны предназначены для каналов межпроцессорного обмена иввода-вывода, а также для выводов основного питания и земли кристалла.Выводам между второй и третьей зоной назначены сигналы управления,синхронизации и диагностики.На третьем этапе разработкивыводы землиипитания памятираспределены в первой зоне равномерно среди выводов байтов памяти, адреса,команд и управления. Назначение сигналов памяти проведено таким образом,что при трассировке вычислительного модуля для каждого канала памятитребуется всего один слой. При назначении сигналов учитывалось, что нанижней стороне вычислительного модуля под микросхемой располагаютсяпассивные компоненты для фильтрации питаний процессора.82Матрица выводов размером 40х40 для процессора Эльбрус-4C с тремяканалами памяти и межпроцессорными каналами является компактной посравнению с матрицами выводов процессоров Xeon® и Opteron™.
Таблицавыводов не предусматривает зоны, свободной от сигнальных выводов, у границкристалла.Однисигнальныевыводымикросхемырасположенынепосредственно у периферии кристалла, а другие - на расстоянии более 1 см.При этом длины соединений коммутационной платы корпуса от выводовкристалла до выводов микросхемы значительно различаются. Следствием этогоявляется повышенная трудоемкость ручной трассировки коммутационнойплаты корпуса при необходимости выравнивания длин трасс, например, трассканалов памяти.Несмотря на отсутствие у границ кристалла зоны, свободной отсигнальныхвыводов,удалосьреализоватьтрассировкуврамкахсформированных секторов на слоях коммутационной платы корпуса.
При этомпотребовалось решить задачу оптимизации повышенной трудоемкости врамках совместной разработки коммутационной платы корпуса и перифериикристалла. Для рассматриваемого процессора Эльбрус-4C ограничения длятакой оптимизации в виде секторов представлены в таблице 6.слой12345678910Секторы для нумерованных интерфейсныхканалов (кп, кв, км) и сегментов земли (з) ипитания (п)каналывводядромежпроц.памяти(кп) вывод(кв)каналы (км)кп1, кп3кв1,2,3п/зкм1,2,3з1з2зз3кп2кв1,2,3з4,5км1,2,3п1п2п4,5п3п/зз1з2зз3кп3кв1,2,3з4,5км1,2,3п1п2п4,5п3питание ядра(п)выводы корпуса /земля ядра(з)Таблица 6. Секторы на слоях коммутационной платы корпуса.83Параметрами оптимизации стали решения, принятые в части трассировки слоевкорпуса и решения по размещению выводов кристалла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
