基于A(yíng)XIe中PCIe高帶寬及多模塊同步數據傳輸的高速圖形傳輸系統

　　摘要：本文說(shuō)明如何充分發(fā)揮 AXIe平臺的特點(diǎn)，來(lái)達成此數千通道同步的嚴格要求。

　　E-Beam(電子束)微影技術(shù)(Lithography)是下一世代無(wú)光罩(maskless)半導體制程。通過(guò)無(wú)光罩微影技術(shù)可使微影制程突破目前20奈米或更小制程的限制。E-Beam 微影系統需要使用極高帶寬的數據傳輸系統，將大量集成電路圖案數據，從數據服務(wù)器先通過(guò)數據傳輸系統解壓縮后，再通過(guò)數千條光纖并行傳輸至 E-Beam 機臺，且通道對通道間的時(shí)鐘偏移(skew)不得大于 2ns?；诟咄ǖ栏呙芏燃案邤祿鬏攷挼男枨?，凌華科技采用AXIe平臺架構來(lái)建置E-Beam 數據傳輸系統。

　　E-Beam 無(wú)光罩式微影技術(shù)可突破傳統光罩式微影技術(shù)的限制。概念上就像一臺超高速的打印機。不同于打印機噴出墨水，E-Beam機臺的電子槍投射出數千組平行電子束，打印至覆蓋有光阻劑的晶圓表面，超過(guò) 8,000組電子束會(huì )通過(guò) MEMS 數組來(lái)控制個(gè)別電子束的開(kāi)關(guān)，而每個(gè)電子束開(kāi)關(guān)的控制命令，則是通過(guò)個(gè)別的高速光纖輸出通道來(lái)做控制，因此會(huì )需要超過(guò)8,000個(gè)光纖輸出通道。為避免控制命令不同步造成電路圖案失真及錯誤，系統整體需求為所有光纖通道間數據的時(shí)鐘偏移不能超過(guò) 2ns。

　　可符合經(jīng)濟效益的產(chǎn)出標準為每小時(shí) 10片以上，換句話(huà)說(shuō)每6分鐘要完成一片晶圓。每一個(gè)集成電路光罩檔案的數據量可高達 2.5TB，所以另一個(gè)挑戰是如何實(shí)時(shí)的將大量數據通過(guò)圖形傳輸系統，再通過(guò)8,000組以上光纖通道平行輸出到E-Beam機臺。此數據經(jīng)系統處理后，可用于控制 E-Beam 系統上的電子束控制數組。為滿(mǎn)足這些需求，凌華科技采用基于AXIe系統的FPGA架構解決方案進(jìn)行數據處理及儲存。

　　AXIe的優(yōu)點(diǎn)

　　AXIe是基于A(yíng)dvancedTCA○R(先進(jìn)電信運算平臺)開(kāi)放式標準所衍生而來(lái)，針對高階量測儀器應用新制定的標準?；贏(yíng)XIe所具備的以下特點(diǎn)，此圖形傳輸同步系統因此選定AXIe作為該系統的解決方案：

　　● 6U大尺寸板卡面積，提供足夠的空間容納高密度光纖輸出通道電路。
　　● 每槽可提供高達200瓦高功率的電源供應。
　　● 有高性能冷卻系統，足以解決高功耗所帶來(lái)的熱能。
　　● 高速PCIe (PCI Express) 總線(xiàn)架構
　　● 高擴展彈性，單一AXIe機箱可容納1到14個(gè)插槽，而多組機箱可組成一套大量通道數的同步系統。
　　● 硬件平臺管理功能，包括機箱管理控制器、智能型平臺管理控制器以及熱插入的能力。
　　● 同步化(synchronization)及本地總線(xiàn)(local bus)功能可提供各槽所需的精確頻率。

　　圖形傳輸架構

　　圖形傳輸系統包括計算機模塊、PCIe 轉換器模塊、多組數據傳輸模塊、14槽 AXIe 機箱、外接同步信號產(chǎn)生器以及磁盤(pán)陣列(RAID)系統，如圖2所示。

　　在電子束打印期間，計算機模塊通過(guò) 6 Gbps 的SAS接口，自數據中心(也就是磁盤(pán)陣列系統)實(shí)時(shí)的存取集成電路圖文件至系統上的內存儲存。PCIe切換器模塊位于分享器插槽(hub slot)，提供PCIe 通道自動(dòng)切換功能，負責將儲存于內存的集成電路圖文件，通過(guò)PCIe高速數據接口傳輸至不同的數據傳輸模塊。每個(gè)傳輸模塊均可支持 72 組光纖輸出通道。外部同步信號產(chǎn)生器則產(chǎn)生一組共同工作頻率及觸發(fā)信號來(lái)讓多個(gè)機箱可同步運作。

　　AXIe 大部分獨特的功能都被圖形傳輸系統所采用，包括：機構設計及組裝、硬件平臺管理及監控機制、電源分配機制、主動(dòng)散熱系統以及數據傳輸接口。

　　E-Beam系統機箱內為較為復雜的同步化，須利用 AXIe STRIG 及 SYNC 信號，如此可確保點(diǎn)觸發(fā)系統達成規定的各槽極精確與低抖動(dòng)的同步化。