Московский физико-технический институт (ГУ) ЗАО «МЦСТ» Проектирование системной панели для вычислительного комплекса «Эльбрус-3М1» Воробушков Василий Владимирович Руководитель: Каре Юлий Анатольевич Цель работы • Создание системной панели для вычислительный комплекса «Эльбрус3М1», являющегося двухпроцессорной вычислительной системой, на базе микропроцессоров «Эльбрус» • Основываясь на опыте предыдущих разработок устранить обнаруженные ранее недостатки системной панели. Основные проблемы предыдущей конструкции системной панели • Перекрестные помехи – Большое количество межсоединений • Высокая плотность трассировки и монтажа – Недостаточное пространство для размещения всех компонентов и сигнальных шин • Сохранение целостности сигнала и большое количество брака – Процессоры установлены в отдельных ячейках • Кодозависимые ошибки – Одновременно переключающиеся сигналы в ПЛИС (SSO) • Большое время доступа при обращении двух процессоров к памяти – Малая скорость работы памяти • Не возможность трассировки памяти согласно спецификации – Разделенные контроллеры памяти Методы решения проблем • Переход к конструктиву EATX – Размещение всех компонентов на одной плате – Уменьшение перекрестных помех • Размещение процессоров на самой системной панели – Улучшение целостности сигналов • Переход на ПЛИС Altera Stratix2 EP2S130F1508C3. – Уменьшение эффекта одновременно переключающихся сигналов в ПЛИС (SSO) • Переход от системы с четырьмя контроллерами к системе с тремя контроллерами – Уменьшение количества межсоединений – Компоновка контроллеров памяти в одной микросхеме • Переход к памяти с интерфейсом DDR2 с частой 200МГц – Уменьшение времени доступа при обращение двух процессоров • Использование 4 каналов памяти с двумя слотами памяти на каждом канале – возможность установить до 8 модулей памяти DDR2 суммарным объемом до 8Гбайт Структурная схема панели ПЭ3М1 CPU0 CPU1 DCU0 SCU ППЗУ Boot слот AGP(LVDS) I/O слот PCI 1 MC0 MC2 PCI MC1 MC3 TL APIC DDR II APIC Bus LVDS DCU1 DIMM DIMM DIMM DIMM DIMM DIMM DIMM DIMM I/O APIC слот PCI 2 слот PCI 3 слот PCI 4 соединитель USB0 соединитель USB1 соединитель НЖМД 0 IDE USB IDE соединитель НЖМД 1 IDE соединитель CD-ROM SB DB-9M DB-9M DB-25F PS/2 PS/2 SUPER I/O Floppy ISA ППЗУ BIOS соединитель НГМД Структурная схема центральной части панели ПЭ3М1 CPU 0 CPU 1 AC MC 0 MC 1 DCU 0 DCU 1 SCU MC 2 MC3 I/O • Неразделенные контроллеры памяти •Уменьшено количество межсоединений • Используются более скоростные контроллеры памяти стандарта DDR2 Маршрут проектирования Структурная схема Visio 2003 (Microsoft) Принципиальная схема Design Capture (Mentor Graphics) Трассировка печатной платы Expedition PCB (Mentor Graphics) Моделирование HyperLynx (Mentor Graphics) Подготовка к производству CAM 350 (DownStream Technologies) AutoCAD (Autodesk) Используемые стандарты. • IPC standards • A Server System Infrastructure (SSI) Specification version 3-61 • DDR2 SDRAM SPECIFICATION revision JESD79-2A • PCI Local Bus Specification revision 2.2 Структура слоев • Сигнальные слои разделены сплошными слоями металлизации • Рядом с каждым сигнальным слоем есть сплошной слой земли • Минимизированы пересечения сигнальных линий с разрезами в сплошных слоях металлизации Конструктивно-технологические ограничения (5-й класс точности) Размер платы, мм 304,8 х 330,2 Толщина платы, мм Количество слоев Тип материала Минимальный проводник, мм 3,1 16 FR4 0,100 Минимальный зазор, мм Минимальное металлизированное отверстие, мм 0,127 0,250 Минимальный диаметр контактной площадки, мм 0,5 Основные используемые технологические нормы. Ширина проводника, мм Зазор проводник-проводник, мм 0,127 0,2 Зазор проводник-КП,проводникпереходное отверстие, мм Зазор металлизациянеметаллизированное отверстие, мм 0,127 Волновое сопротивление, Ом Минимальное металлизированное отверстие, мм 50 0,250 Минимальный диаметр контактной площадки, мм 0,5 0,6 Внешний вид панели ПЭ3М1 1 2 3 4 5 3 2 24 6 23 20 7 22 8 19 21 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 Моделирование Перекрестные помехи Согласованность линий DDR2 CPU↔DCU Внешний вид вычислителя вид спереди, дверцы открыты вид сзади вид сверху, без верхней крышки Результаты работы Было Стало Частота системной 66 МГц 100 МГц шины Пропускная способность 16,9 Гбит/сек 25,6 Гбит/сек системной шины Частота памяти 100 МГц 200 МГц Пропускная способность памяти 12,8 Гбит/сек 51,2 Гбит/сек