Блок процессорный унифицированный с микропроцессором с микроархитектурой Эльбрус шестого поколения

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована для создания высокопроизводительных изделий вычислительной техники.
Уровень техники
Наиболее близким к заявляемому является блок процессорный унифицированный (БПУ) на основе микропроцессора "Эльбрус-8С" с архитектурой Эльбрус пятого поколения [Бычков, И.Н., Воробьев, А.С., Рябцев, Ю.С. Стенд тестирования и разбраковки многоядерных процессоров // Приборы. - 2015. - №2 (176). - С. 16-22.]. Он имеет следующие особенности:
• конструктивно выполнен в виде фрагмента печатной платы размером 180×135 мм, на котором размещены: микропроцессор "Эльбрус-8С" с микроархитектурой Эльбрус пятого поколения;
• четыре канала оперативной памяти DDR3 с организацией по две планки на канал;
• набор последовательных конденсаторов, размещенных на линиях передатчиков высокоскоростного канала взаимодействия с контроллером периферийных интерфейсов КПИ-2, реализованном на интерфейсе IOWLink;
• три набора конденсаторов, размещенных на линиях передатчиков высокоскоростных межпроцессорных каналов взаимодействия IPLink (А, В, С);
• один LVDS-генератор на четыре вывода, обеспечивающий подачу синхросигналов на четыре домена синхронизации микропроцессора «Эльбрус-8С» с входным интерфейсом LVDS;
• микропереключатели для управления служебными сигналами, предназначенными для управления заданием количества процессорных ядер и частоты высокоскоростного канала взаимодействия с контроллером периферийного интерфейса;
• система питания, состоящая из шести преобразователей напряжения фирмы Linear в формате микромодулей, имеющих по два канала каждый: два LTM4676, обеспечивающие четыре номинала питания: 1,8 В, два независимых номинала 1,5 и 0,9 В, один LTM4676 и три LTM4630, объединенные в единый кластер, обеспечивающий номинал 0,9 В для основного домена питания микропроцессора.
Недостатками данного блока с микропроцессором являются:
• ограничение скорости обмена данными в каналах оперативной памяти DDR3,
• наличие четырех доменов синхронизации, требующих на входе синхросигналы LVDS одинаковой частоты,
• максимальная производительность БПУ (определяемая характеристиками микропроцессора) составляет 150-250 Гфлопс,
• невозможность установки наиболее распространенных радиаторов охлаждения из-за слишком малого расстояния между сокетами оперативной памяти, расположенными на разных сторонах микропроцессора,
• система питания, использующая источники питания разного типа.
Создание четырехпроцессорных систем с производительностью 1-2 Тфлопс на основе четырех БПУ с применением микропроцессора "Эльбрус-8С" с архитектурой Эльбрус пятого поколения невозможно. Для преодоления данного ограничения необходимо при схожих габаритных размерах БПУ увеличить его производительности до 512 ГФлопс. Это возможно путем использования другого БПУ с применением микросхемы, от которого в большей степени зависит производительность микросхемы, на микропроцессоре с микроархитектурой Эльбрус шестого поколения. Его замена повлечет замену и топологии печатной платы БПУ и замену остальных его элементов.
Раскрытие сущности полезной модели
БПУ микропроцессора Эльбрус шестого поколения имеет следующие особенности:
• конструктивно выполнен в виде фрагмента печатной платы размером 184×135 мм, на котором размещены: микропроцессор "Эльбрус-8С2" с микроархитектурой Эльбрус шестого поколения;
• четыре канала оперативной памяти DDR4 с организацией по две планки на канал;
• набор последовательных конденсаторов, размещенных на линиях передатчиков высокоскоростного канала взаимодействия с контроллером периферийных интерфейсов КПИ-2, реализованным на интерфейсе IOWLink;
• три набора конденсаторов, размещенных на линиях передатчиков высокоскоростных межпроцессорных каналов взаимодействия IPLink (А, В, С);
• три независимых LVDS-генератора, обеспечивающих подачу синхросигналов на три домена синхронизации микропроцессора «Эльбрус-8С2» с входным интерфейсом LVDS;
• микропереключатели для управления служебными сигналами, предназначенными для управления заданием количества процессорных ядер и частоты высокоскоростного канала взаимодействия с контроллером периферийных интерфейсов;
• система питания, состоящая из восьми преобразователей напряжения LTM4676 фирмы Linear в формате микромодулей, имеющих по два канала каждый. Четыре LTM4676, объединенные в единый кластер, обеспечивающий номинал 0,9 В для основного домена питания микропроцессора. Оставшиеся четыре LTM4676 обеспечивают шесть номиналов питания 1,8В, четыре независимых номинала 1,2 и 0,9 В. Система питания при этом располагается такими образом, что в плоскости расположения микропроцессора на противоположной стороне относительно конденсаторов в середине располагается кластер преобразователей напряжения из четырех микромодулях, а слева и справа от него располагаются остальные, по два на стороне;
• печатная плата БПУ обеспечивает связь контактов микропроцессора с контактами других элементов БПУ и является частью печатной платы четырехпроцессорной вычислительной панели.
• применение сокетов памяти DDR4 формата DIMM, имеющих меньшую ширину по сравнению с сокетами DDR3, позволяет раздвинуть их таким образом, чтобы между сокетами, расположенными на разных сторонах микропроцессора, мог разместиться пассивный радиатор шириной 80 мм, ориентированный на сокет Intel LGA2011. Это позволяет обеспечить в конструктиве 1U достаточный теплоотвод от микропроцессора с учетом его увеличенной тепловой мощности.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема расположения компонент БПУ с микропроцессором Эльбрус шестого поколения.
БПУ (фиг. 1) представляет фрагмент печатной платы размером 180×140 мм, на котором размещены:
1. микропроцессор "Эльбрус-8С2" с микроархитектурой Эльбрус шестого поколения;
2. сокеты четырех каналов оперативной памяти, с организацией по две планки на канал;
3. набор последовательных конденсаторов, размещенных на линиях передатчиков высокоскоростного канала взаимодействия с контроллером периферийных интерфейсов КПИ-2, реализованным на интерфейсе IOWLink;
4. три набора конденсаторов, размещенных на линиях передатчиков высокоскоростных межпроцессорных каналов взаимодействия IPLink (А, В, С);
5. три независимых LVDS-генератора, обеспечивающих подачу синхросигналов на три домена синхронизации микропроцессора «Эльбрус-8С2» с входным интерфейсом LVDS;
6. микропереключатели для управления служебными сигналами, предназначенными для управления заданием количества процессорных ядер и частоты высокоскоростного канала взаимодействия с контроллером периферийного интерфейса;
7. система питания, состоящая из восьми преобразователей напряжения LTM4676 фирмы Linear в формате микромодулей, имеющих по два канала каждый. Четыре LTM4676, объединенные в единый кластер, обеспечивающий номинал 0,9В для основного домена питания микропроцессора. Оставшиеся четыре LTM4676, обеспечивают шесть номиналов питания: 1,8 В, четыре независимых номинала 1,2 и 0,9В. Система питания при этом располагается такими образом, что в плоскости расположения микропроцессора на противоположной стороне относительно конденсаторов в середине располагается кластер преобразователей напряжения из четырех микромодулей, а слева и справа от него располагаются остальные, по два на стороне;
Осуществление полезной модели
Техническим результатом является увеличение производительности блока процессорного унифицированного (БПУ). При этом указанный технический результат достигается за счет:
• применения микропроцессора с микроархитектурой Эльбрус шестого поколения, которая по сравнению с микроархитектурой "Эльбрус" пятого поколения имеет более сложную структуру процессорного ядра, более высокую частоту, четыре канала оперативной памяти DDR4, положение всех четырех высокоскоростных каналов на одной стороне и три домена синхронизации;
• использования печатной платы, объединяющей микропроцессор с микроархитектурой Эльбрус шестого поколения с другими элементами БПУ и являющейся фрагментом печатной платы четырех роцессорной вычислительной панели;
• применение сокетов памяти DDR4 формата DIMM, имеющих меньшую ширину по сравнению с сокетами DDR3, позволяет раздвинуть их таким образом, чтобы между сокетами, расположенными на разных сторонах микропроцессора, мог разместиться пассивный радиатор шириной 80 мм, ориентированный на сокет Intel LGA2011. Это позволяет обеспечить в конструктиве 1U достаточный теплоотвод от микропроцессора с учетом его увеличенной тепловой мощности.