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(多图) 用于高速密集并行总线通信的零和信号方法

EDNChina编译?? 2013年10月10日 ?? 收藏0
一些复杂的数字系统,比如高性能计算机(HPC),在处理单元之间或在处理单元与内存之间路由信号时经常广泛使用高速电气互连。尽管串行器/解串器(SerDes)和内存接口速度在不断提高,但仍要求在受限的物理空间中提供更高带宽的总线,同时降低并发开关噪声(SSN)。零和信号概念是在数据总线上使用编码机制,允许使用单端缓冲器同时仍能降低并发开关噪声,因此与传统差分信号相比,可以将物理通道(例如电路板走线)数量减少近2倍。通过仿真和分析实际的(非理想的)数据总线和供电网络架构,我们展示了零和信号的可行性,并与传统(单端和差分)方法进行了性能比较。

引言

许多数字系统(如高性能计算机HPC)都广泛使用差分和单端通道及总线。例如,经常将高速差分串行通道用于处理器至处理器的通信,而密集单端总线通常用于处理器到内存接口。差分信号有许多优势(比如共模噪声抑制,降低并发开关噪声(SSN)等),但所用互连走线的数量是单端信号的两倍。我们建议中间解决方案可能是最优的。考虑用一组缓冲器驱动2N条互连走线,在任何给定的时间点,这些走线中有N条处于逻辑高状态(拉电流),其它N条处于逻辑低状态(灌电流),但不存在差分系统所具有的限制(即高低状态对必须相邻)。

我们称之为“零和信号”,因为它保留了差分缓冲系统的一个最重要特性——独立于输出状态的恒定供电电流输出。这种恒流特性可以极大地减少与系统电感交互的开关电流瞬变,因而能降低供电电压瞬变,减少相关的数据塌陷。通过在任何时间点使用单端走线和合适的编码机制在总线上创建数量平衡(或接近平衡)的逻辑高低状态,我们可以沿着2N条走线传送比差分信号协议更多的数据,并且随着总线数量(N)的增加而接近单端极限。

本文将首先简要介绍零和信号方法的理论,然后详细讨论编码方法以及产生成组的平衡和接近平衡的代码字。接下来使用时域仿真方法评估零和信号应用于包括真实有源与无源单元的概念性HPC环境的可行性。

在仿真部分,我们将研究工作条件的许多变化并观察对高速链路性能的影响。性能评估是通过在并行总线上使用标称和更苛刻的位图案激励条件展开的,同时在链路末端监视垂直眼图开度等指标。最后,文章提供了总结性的评论,并对今后的工作提出了一些建议。

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? 第1页:引言? 第2页:零和信号方法的基本工作原理
? 第3页:零和编码? 第4页:用于仿真的编码方法
? 第5页:仿真环境和关联的HPC系统假设? 第6页:链路架构
? 第7页:链路架构:发送缓冲器? 第8页:链路架构:片载无源电源分布
? 第9页:链路架构:印刷线路板? 第10页:链路架构:仿真激励和图案
? 第11页:标称仿真:眼图与电压纹波? 第12页:仿真变化:差值和总线大小
? 第13页:仿真变化:数据速率? 第14页:零和信号总结

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总线? 通信? 零和信号? 电路板走线?

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