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

　　通道間時(shí)鐘偏移 (Channel-to-channel skew)

　　E-Beam 系統的硬件設計可確保通道間的時(shí)鐘偏移最大不超過(guò) 2ns。自外部同步信號產(chǎn)生器開(kāi)始，低偏移扇形輸出緩沖器(fan-out buffer)即用于外部同步信號產(chǎn)生器之中，做為將工作頻率及同步信號分配到各機箱切換模塊的用途。另外，切換模塊除提供 PCIe總線(xiàn)自動(dòng)切換功能外，也負責切換 STRIG、SYNC及相關(guān)頻率信號，將這些同步信號分配到各插槽上的數據傳輸模塊。在數據傳輸模塊方面，除特別注意各頻率及數據信號在PCB上布線(xiàn)都須使用相等路徑長(cháng)度外，在電路輸出部分也都采用低偏移緩沖器。最后處理過(guò)的數據會(huì )由Avago 平行光纖發(fā)射器 (AFB-810BHZ-TX) 輸出。綜合考慮 FPGA 內部繞線(xiàn)及制程、光纖、連接器及 PCB 路徑等因素后，計算所得的總體通道間時(shí)鐘偏移可小于 1ns 以下。

　　高帶寬圖形傳輸

　　除了跨 10 個(gè)機箱下嚴格的通道間歪斜的要求之外，系統還要求能夠實(shí)時(shí)傳輸大量數據到光纖輸出通道。各圖形傳輸模塊配備四組高性能的 FPGA;一顆負責PCIe驅動(dòng)接口，另外三顆各負責 24 個(gè)光纖通道的驅動(dòng)接口，即單一數據傳輸模塊可提供 72 個(gè)光纖輸出通道。

　　集成電路圖案數據先自 RAID 磁盤(pán)陣列讀出后加載主板刀鋒服務(wù)器的內存，再經(jīng)由PCIe 總線(xiàn)做直接內存存取(DMA, direct memory access)傳輸到個(gè)別的數據傳輸模塊。數據傳輸模塊上的 PCIe FPGA 接收 DMA 數據并存入模塊上的閃存，然后再傳輸到各圖形傳輸 FPGA 對應的 DDR3 內存儲存。圖形傳輸 FPGA 內建有客戶(hù)自定的解壓縮算法，解壓縮后的數據會(huì )通過(guò)光學(xué)發(fā)射器做同步數據輸出。示意圖請參見(jiàn)圖 5。

　　其中DDR3 內存切割為兩個(gè)區塊，以便實(shí)現「乒乓(ping-pong)」技術(shù)，也就是可讓大量數據同時(shí)間進(jìn)出內存以?xún)?yōu)化讀/寫(xiě)帶寬。各光纖輸出通道的圖形檔案大小可達 300MB，換句話(huà)說(shuō)，一個(gè)插滿(mǎn)12張數據傳輸模塊的機箱總共會(huì )需約260GB的檔案大小。

　　先前提到符合經(jīng)濟效益的產(chǎn)出標準為每6分鐘要完成一片晶圓，所以整體上會(huì )需要至少725MB/秒的連續數據帶寬，通過(guò)這樣的運作模式，另一組完全不同的晶圓電路圖文件，也可在前片晶圓制作完成前可完成下載，以實(shí)現少量多樣的高性能產(chǎn)出。

　　總結

　　凌華科技基于FPGA架構的AXIe 圖形傳輸系統，對于無(wú)光罩 E-Beam 微影制程應用，提供高效率集成電路圖形數據處理、傳輸，以及數據同步的解決方案，整體系統跨通道間時(shí)鐘偏移低于 2ns，且應用AXIe的幾項特色，包含可提供大功率電源、有效散熱及高可靠度及擴充性，可符合實(shí)際半導體生產(chǎn)制程的需求。