Диссертация (1090013), страница 26

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

Текст из файла (страница 26)

4.2.4. Сокет SM для тестирования процессора.Размер вентилятора равен 80 × 80 × 20 мм и является распространенным,что позволяет производить быструю замену на аналогичный в случае еговыхода из строя. Фиксация микросхемы в сокете обеспечивается поворотомрадиатора с вентилятором с помощью динамометрического ключа. Такой ключпозволяет приложить к радиатору необходимое вращательное усилие смоментом 8–10 Н × м. Ввиду значительного веса сокета для предотвращения161деформации материнской платы крепежная пластина сокета фиксируетсянепосредственно на корпус-шасси стенда.4.3 Методы итеративной отработки решенийВэтомразделерассмотреныметодыитеративнойразработкимногопроцессорного модуля для обеспечения его ремонтопригодности инадежности.

Методы успешно применены в процессе проектированиямикросхем серверных процессоров с архитектурой «Эльбрус» и «Sparc». Припринятии решений в процессе разработки важен принцип итеративности, прикотором допускаются не только последовательные принятия решений на болееранних этапах проектирования, но и их многократные уточнения в зависимостиот результатов выполнения последующих этапов. Представленные методыитеративной отработки многопроцессорного модуля предложены с учетомразвития за последние пять лет современных электронных компонентов иконтактирующих устройств тестирования сложно-функциональных микросхем.4.3.1 Метод проработки интерфейсовИмеется возможность проработки проектных решений для компонентовподсистемыпамяти,ввода-вывода,контроляфункционированияисинхронизации из состава многопроцессорного модуля при разработке, наладкеи применении вспомогательной аппаратуры для функциональной верификациимодели процессора.

К эффективному и рассмотренному ранее классувспомогательной аппаратуры относятся специализированные прототипы наоснове микросхем программируемой логики. Такие прототипы применяютсямногими разработчикамивысокопроизводительныхпроцессоров, но ихобъединение путем введения для них межпроцессорных каналов и подсистемыввода-вывода позволяет получить уже эмулируемую модель вычислительногокомплекса.

Для создания прототипов процессора с возможностью ихобъединения в модель вычислительного комплекса предлагается метод162проработки интерфейсов многопроцессорного модуля, который состоит изследующих этапов: реализация модуля с функциональностью ядра процессора и интерфейсами,используемыми в вычислительном модуле для каналов межпроцессорногообмена; реализация модуля с функциональностью подсистемы памяти процессора иинтерфейсами, используемыми в вычислительном модуле для каналовобмена с оперативной памятью; реализациямодулясфункциональностьюподсистемыввода-выводамногопроцессорного модуля и интерфейсами, используемыми для устройствпользователя; комплексноетестированиеиспользуемыхинтерфейсов,устройствпользователя и программного обеспечения вычислительного комплекса.Предложенный метод проработки интерфейсов вычислительного модуляоснован на модульном принципе построения электронной аппаратуры иуспешно применен при разработке прототипов многоядерных процессоров«Эльбрус-4С» и «Эльбрус-8С».

Особенностью применения предложенногометода является постоянное повышение пропускной способности интерфейсовмодуля с функциональностью подсистемы памяти, поскольку имеетсятенденция увеличения количества ядер процессоров. При этом применяютсясамые современные высокочастотные разъемы с высокой плотностьюконтактов. Пример модуля с модуля с функциональностью подсистемы памятидля прототипа многоядерного процессора «Эльбрус-4С» показан на рисунке3.3.3.

Прототип вычислительного комплекса создается соединением несколькихтаких специализированных прототипов процессора.В рамках разработки прототипа процессора целесообразна также отработкаконструкциимногопроцессорноговычислительногокомплексасвысокочастотной передачей данных через разъемы модулей. Например,прототиппроцессора«Эльбрус-4С»163реализованвконструктиве«Евромеханика» для промышленного или специального применения, тогда какпрототип процессора «Эльбрус-8С» реализован в стандартном корпусе общегоприменения.

На этапе функциональной верификации процессора не требуетсяприменения прототипов в специальных условиях. Отработка конструкциимногопроцессорного вычислительного комплекса по новым стандартамсистемотехнического проектирования позволяет получить опыт выполненияконструкторских ограничений для многопроцессорного модуля с цельюдостижениявысокихэксплуатационныххарактеристик.Конструкциипрототипов, разработанных с применением предложенного метода проработкиинтерфейсов многопроцессорного модуля, представлены на рисунке 4.3.1.Рис 4.3.1. Прототипы процессоров Эльбрус-4С (слева) и Эльбрус-8С (справа).Примертакогопрототипамногопроцессорногокомплекса показан на рисунке 4.3.2.164вычислительногоРис 4.3.2. Соединение нескольких прототипов процессора Эльбрус-4С.4.3.2 Метод проработки типовых блоков процессораТестирование и наладка типовых блоков процессора при его итеративнойразработке целесообразна в составе стенда тестирования и разбраковки,который разрабатывается и изготавливается для проведения испытаний.

Этотстенд является функционально-идентичной моделью многопроцессорноговычислительного комплекса и имеет возможность установки сразу несколькихпроцессоров. Также этот стенд может содержать несколько реализацийтиповых блоков процессора. В рамках разработки типовых блоков длямикросхемы процессора возможна реализация различных схемотехнических иконструкторско-технологических решений. На основе опыта выполненияразработок предложены следующие этапы метода проработки типовых блоковпроцессора: выбор высокочастотного контактирующего устройства (сокета) тестированияпроцессора при выполнении для каждого типового блока последующихэтапов; размещение микросхемы процессора, компонентов подсистем памяти,контроля, синхронизации по результатам предварительного планирования;165 выбор и размещение компонентов подсистемы питания; определение структуры слоев и формирование сегментов для питания иземли; трассировка памяти, каналов межпроцессорного обмена и ввода-вывода идругих интерфейсов микросхемы процессора.При последовательной реализации этапов одни критерии оптимизациистановятся важнее других, поэтому общий критерий оптимальности можноопределить по лексикографическому порядку с линейной сверткой частныхкритериев,апоископтимальныхрешенийпроводитьсредилексикографического множества.

Существование иерархии среди критериевпозволяет решать лексикографические задачи последовательно, шаг за шагомоптимизируя по очередному критерию и используя оптимальные значенияпараметров предварительных критериев как ограничения.В представленном методе для различных типовых блоков применяетсясвой лексикографический порядок критериев оптимизации. На первом этапедля всех типовых блоков процессора приоритетны оценка стоимостиизготовлениясокетаивыполнениеконструкторско-технологическихограничений с целью его установки и использования. На втором этапе, исходяиз опыта применения представленного метода для типового блока загрузочногопроцессора (исполняющего программу начального старта), главным образом,учитываются конструкторско-технологические ограничения для модуля.

Натретьем этапе основное значение придается оценке стоимости компонентовподсистемы питания и обеспечению стабильности напряжений питания. Начетвертом этапе основными критериями являются оценка стоимости печатнойплаты вычислительного модуля и обеспечение стабильности напряженияпитания. На пятом этапе самыми важными критериями являются обеспечениецелостностисигналовивыполнениеконструкторско-технологическихограничений для печатной платы вычислительного модуля.В результате анализа типовых блоков для вычислительных модулей166многопроцессорныхпроцессоровсерверовXeon®илисприменениемOpteron™популярныхопределеныследующиемикросхемосновныеконструкторско-технологические решения, которые целесообразно считатькритериями проектирования:габаритные размеры типового блока процессора, позволяющие разместитьдо четырех микросхем процессоров на печатной плате модуля;размещение источников питания непосредственно возле микросхемыпроцессора;наличие крепежных отверстий под установку сокетов и радиаторов;размещение конденсаторов с достаточной суммарной емкостью и низкимэквивалентным омическим сопротивлением для обеспечения стабильностинапряжения питания при скачке тока потребления;количество минимально необходимых сигнальных слоев печатной платывычислительного модуля, не превышающее числа каналов оперативнойпамяти микросхемы процессора;отсутствие трасс высокочастотных сигналов над разрезами в опорных слояхземли и питания;отсутствие участков трасс высокочастотных сигналов без опорного слояземли или питания.Эти критерии предлагается учитывать в соответствии с их приоритетамина этапах предлагаемого в данной работе метода проработки типовых блоковпроцессора.Примеры различных типовых блоков процессоров «Эльбрус-4С» и«Эльбрус-8C» представлены на рисунке 4.3.3.

Цифрами обозначены типовыеэлементы блоков: 0 –источники питания процессора, 1 – конденсаторы ифильтры, 2 – разъемы оперативной памяти, 3 – генераторы синхросигнала, 4 –переключатели или разъемы управления и диагностики. Также в блокахвыполняется вывод дифференциальных пар каналов ввода-вывода и всехмежпроцессорныхканаловкразвязывающим167попостоянномутокуконденсаторам – 5. Как правило, для типового блока загрузочного процессораиспользуются источники питания со средствами измерения потребляемоймощности, что требуется только для тестирования и разбраковки микросхем ине является обязательным для обеспечения функционирования микросхемыпроцессора в составе серверов.Рис.

4.3.3. Типовые блоки процессоров: а – «Эльбрус-4С», б – «Эльбрус-8С».4.3.3 Проработка компонентов модуляДля выполнения этапов конструкторско-технологической разработкимикросхемпроцессоровважнымявляетсясозданиевспомогательногооборудования, к которому можно отнести прототипы процессора, а такжестенды тестирования и разбраковки. Эффективность определения компонентоввычислительного модуля для создания такого вспомогательного оборудованияна этапах функциональной верификации процессора и подготовки оснастки дляпроведения испытаний связана со следующими факторами:отработка необходимых схемотехнических решений;исследование и учет условий долговременной поставки разных по168количеству партий компонентов;некритичностьошибокприменениякомпонентоввсоставевспомогательного оборудования;длительное тестирование компонентов в составе вспомогательногооборудования совместно с программным обеспечением вычислительногокомплекса;проработка обоснования для применения импортных компонентов.При определении компонентов используются следующие критерии длявыполнения условий их долгосрочной поставки при создании техники двойногоили военного назначения:наличие аналогов или приемлемых замен с таким же посадочным местомна печатной плате вычислительного модуля;характеристикикомпонентов(включаяпосадочноеместо),соответствующие стандарту, принятому несколькими производителями;гарантии производителя по долгосрочному выпуску компонентов примноголетней практике выполнения обязательств;поставка разных по количеству партий компонентов.Выполнение трех из вышеперечисленных критериев позволяет обеспечитьдолгосрочныйвыпусквычислительныхмодулей.Однимизпримеровкомпонента, удовлетворяющего всем критериям из этой группы, являетсямалораспространенный разъем типа 32 Card Edge Connector.

Этот разъемсоответствует стандарту PCI Express™ Card Electromechanical Specification 1.1,предлагается несколькими производителями и имеет множество поставщиковввидунебольшого,ноустойчивогоспроса.Отметим,чтопримеромкомпонента, не удовлетворяющего трем критериям представленной группы,может служить микросхема набора частот для снятой с производствамикросхемы процессора. Такая микросхема набора частот может быть дешевыми компактным решением для получения синхросигналов модуля. Применениеэтой микросхемы с большой вероятностью вызовет трудности сопровождения169документациисерийныхвычислительныхкомплексов,посколькуэтамикросхема не имеет перспектив долгосрочного выпуска ввиду падения спросана модули с применением снимаемой с производства микросхемы процессора.В рамках разработки вспомогательного оборудования важно узнатьособенности применения на практики компонент, которые определяютсяперспективными стандартами для вычислительных устройств.

Характеристики

Список файлов диссертации