Диссертация (1090013), страница 17
Текст из файла (страница 17)
На первом этапе приоритетны оценки стоимостиизготовления элементов конструкции микросхемы, сокета и вычислительногомодуля. На втором этапе главным образом учитываются технологическиеограничения для элементов конструкции микросхемы и вычислительногомодуля. На третьем этапе основное значение придается стабильностьнапряжения в распределенных сетях питания микросхемы процессора.Предлагаемые различными исследователями методы определения параметроввысокочастотных конденсаторов не учитывают все эти критерии.2.3.6 Экспериментальные исследованияДля экспериментального исследования процессов в высокочастотномконтуре микросхемы процессора использован многопроцессорный модуль99MB4C-CPB.СхемаподключениящуповосциллографаMSO72004C(ф.
Tektronix, США) показана на рисунке 2.3.7. Исследовалось изменениенапряжения на сетке питания кристалла после сигнала сброса микросхемыпроцессора в момент функционирования ядер с загрузкой различными тестами.Рисунок 2.3.7. Схема подключения щупов осциллографа.Первый эксперимент заключался в наблюдении резонансных частот иотношениядобротностейвысокочастотныхконтуров,отличающихсявыпаиваемыми конденсаторами второго уровня n1 n2 , которые показаны нарисунке 2.3.5. При этом отношение добротностей будет следующим:Q1 R ВЧ C КР / L ВЧ 1Q 2 R ВЧ C КР / L ВЧ 2L ВЧ 2L ВЧ 1n1.n2(20)В этом эксперименте колебания высокочастотных контуров вызываютсясигналами сброса при одинаковых тестах загрузки ядер микросхемыпроцессора.
Осциллограммы колебаний высокочастотных контуров до и послевыпаивания конденсаторов представлены на рисунке 2.3.8. Расчетные иполученныеэкспериментальнорезонансныхчастотыиотношениядобротностей контуров представлены в таблице 10.Оцениваемая Расчетное ЭкспериментальноевеличиназначениезначениеРазницаFВЧ152 МГц45 МГц–13%FВЧ246 МГц38 МГц–17%Q1/Q21.211.39+16%Таблица 10. Расчетные и экспериментальные характеристики контуров.100Рисунок 2.3.8. Колебания высокочастотного контура:а) до выпаивания конденсаторов (всего 271 на втором уровне);б) после выпаивания конденсаторов (всего 185 на втором уровне).Второй эксперимент заключался в наблюдении изменений напряжениявысокочастотного контура при разных толчках тока потребления dI dt .
В этомэксперименте колебания высокочастотного контура вызываются сигналамисброса при различных тестах загрузки ядер микросхемы процессора.Рисунок 2.3.9. Изменение напряжений высокочастотного контура.101Совмещенные осциллограммы изменений напряжения в 42 мВ и 66 мВ послесбросов функционирования микросхемы процессора с различными токамипотребления в 15,12 А и 17,28 А представлены на рисунке 2.3.9а) и 2.3.9б)соответственно.
В состоянии сброса ток потребления составляет 12,48 А.2.4 ВыводыПредставленные составные части и этапы их проектирования определеныисходя из принципа минимально достаточной дифференциации конструкциивычислительного модуля на традиционных этапах проектирования сложнофункциональных микросхем и модулей на ее основе. Введение большегоколичества составных частей нецелесообразно, поскольку в таком случае этичастиразрабатываютсявнерамоктрадиционногоконструкторско-технологического проектирования микросхемы и модуля, которое не включаетлогическое и физическое проектирование полупроводниковых кристаллов.Уменьшение количества составных частей не позволит получить оптимальныеконструкторские решения, поскольку для представленных составных частейсущественно различие в технологических ограничениях и требованияхпроектирования.Предложенный метод определения параметров таблицы выводов успешноприменен в различных проектах совместного проектирования перифериикристалла, корпуса микросхемы процессора и многопроцессорного модуля.Показано, что для серверного процессора целесообразно рассматриватьтаблицувыводовкакограничениедлясовместногопроектированиякоммутационной платы корпуса и периферии кристалла.
Назначение выводовсерверного процессора должно допускать выполнение трассировки памяти,межпроцессорных каналов, каналов ввода-вывода, сигналов управления,синхронизации и диагностики при использовании количества слоев печатнойплатывычислительногомодуля,непревышающегочислаканаловоперативной памяти. Такую реализацию печатной платы вычислительного102модуля при ограничении слоев допускает таблица выводов любого серверногопроцессора Xeon® или Opteron™.Предложенный метод определения высокочастотных конденсаторов такжеуспешно применен в различных проектах.
При увеличении динамическоймощностимикросхемыпроцессораисуществующихтехнологическихограничениях реализация высокочастотного контура распределенной сетипитания в диапазоне до 100 МГц затруднительна без введения конденсатороввторого уровня со стороны выводов корпуса. На более высоких частотахвыдержать целевой импеданс менее 1 мОм возможно только при увеличенииемкости кристалла. К примеру, такое увеличение емкости кристалла возможнопри использовании технологии памяти eDRAM.Представленанализ использования конденсаторов для реализациивысокочастотного и среднечастотного контура распределенной сети питаниямикросхемы процессора. Предложена методика оценки падений напряжений изза различных процессов в распределенной сети питания. Методика учитываетпаразитную индуктивность конденсаторов при различных конструкторских итехнологических ограничениях.
Экспериментально подтверждена корректностьэтойметодикипорезультатамнаблюденийизмененийнапряжениявраспределенной сети питания микросхемы процессора Эльбрус-4С.Предложенные расчетно-аналитические методы проектирования корпусамикросхемы процессора с учетом планирования периферии кристалла икомпоновки многопроцессорного модуля позволили обеспечить детальноепланированиетрассировкиплатразрабатываемыхмодулей.103многопроцессорныхГлава 3. Планирование трассировкиДаннаяглава посвящена методическомуаппарату итехническимрешениям по планированию трассировки многопроцессорного модуля,включаятрассировкукоммутационнойплатыкорпусамикросхемыпроцессора.
Для этого представлены разработанные средства проектированиясоставныхчастеймногопроцессорныхмодулей,позволяющиеучестьограничения современных технологий и критерии проектирования. На ихоснове разработаны топологические методы проектирования перифериикристалла для микросхемы процессора с учетом трассировки ее корпуса:совокупность методов взаимного размещения выводов кристалла, а такжеметод формирования и оценки топологических рисунков.3.1 Методы планирования периферии кристалла и трассировкикорпусаВажнойзадачейсложно-функциональныхпериферииконструкторско-технологическогомикросхемполупроводниковогопроцессоровкристалласявляетсяпроектированияпланированиепоследующейсборкоймикросхемы методом перевернутого кристалла по технологии Flip-Chip [49,50].Поскольку плотность выводов кристалла, сделанного по современнымтехнологиям, очень высока, то для изготовления коммутационной платыкорпуса типично применение высокой плотности трасс HDI circuits.
Причёмцелесообразно учитывать планирование трассировки коммутационной платысовместно c планированием периферии кристалла [51].3.1.1 Критерии при планировании периферии кристаллаДля планирования периферии полупроводникового кристалла на практикеиспользуются следующие основные критерии оптимизации: снижение затрат при изготовлении MLM (multi layer masks) — на площадифотошаблона располагается несколько масок для литографии;104 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.При этом основные ограничения, которые учитываются в разработкепериферии кристаллов серверных процессоров следующие: размеры выводов кристалла и шаг между ними не уменьшается приповышении степени интеграции; сигнальные выводы кристалла необходимо чередовать выводами земли ипитания; требуется установка элементов защиты от статического электричества ивысокочастотных конденсаторов развязки.Фрагмент элементов периферии кристалла и его выводов представлен нарисунке 1.Рис.
3.1.1 Фрагмент периферии кристалла и его выводов.105Многие из перечисленных факторов зачастую противоречивы. Оченьчасто площадь кристалла определяется только его минимально возможнойпериферией. Диаметр объемных выводов кристалла (не менее 150 мкм) и шагмежду ними (не менее 180 мкм) невозможно уменьшить при повышениистепени интеграции. Для высокоскоростной передачи данных по современныминтерфейсам требуется равное соотношение сигнальных выводов и выводовземли и питания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
