【摘要】：針對(duì)關(guān)鍵應(yīng)用對(duì)信息處理能力提出的性能要求以及國產(chǎn)化需求,在分析龍芯3A處理器架構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于NUMA并行處理架構(gòu)的龍芯3A高性能處理模塊,并對(duì)抗惡劣環(huán)境的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),解決了散熱、電源監(jiān)控及供電優(yōu)化、啟動(dòng)速度等問題。通過測(cè)試驗(yàn)證,性能可以滿足關(guān)鍵應(yīng)用對(duì)信息處理能力的要求,從而有效解決了龍芯3A訪存能力有限的問題。同時(shí)對(duì)SMP和NUMA架構(gòu)下,龍芯3A處理器CPU數(shù)量的增加對(duì)訪存性能的提升的關(guān)系進(jìn)行了探討。
【圖文】：

為不用跨XBAR訪問）。在NUMA并行機(jī)中，雖然存儲(chǔ)器在物理上分別掛載到各節(jié)點(diǎn)上，但它們可以被系統(tǒng)內(nèi)所有的處理器統(tǒng)一訪問或共享，這為NUMA系統(tǒng)帶來了存儲(chǔ)一致性問題[14]，這種數(shù)據(jù)不一致現(xiàn)象不僅可以存在于SMP中[15]，同時(shí)也存在于NUMA系統(tǒng)中。龍芯3A處理器采用基于目錄協(xié)議的高速緩存一致性（CacheCoherent）技術(shù)來解決存儲(chǔ)一致性問題[16]。在CC-NUMA系統(tǒng)中，每個(gè)處理器核有一個(gè)私有高速緩沖存儲(chǔ)器，硬件自動(dòng)維護(hù)各私用高速緩存一致性。CPU經(jīng)常在它的高速緩存中取指令和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以獲得較好的性能。如圖2所示。3基于龍芯3A的NUMA架構(gòu)的板級(jí)設(shè)計(jì)根據(jù)前述章節(jié)的架構(gòu)規(guī)劃，本章將詳述基于龍芯3A的NUMA架構(gòu)工程化技術(shù)，并形成基于VPX的雙路3A處理器的并行處理單板COTS產(chǎn)品（以下簡(jiǎn)稱NUMA處理模塊），提高了整板計(jì)算密度和性能功耗比。該模塊可進(jìn)行大數(shù)據(jù)量計(jì)算，具有任務(wù)網(wǎng)絡(luò)、控制總線等接口，既可用于數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、任務(wù)統(tǒng)一管理調(diào)度，數(shù)據(jù)管理、程序文件的處理，也可用于各功能計(jì)算、數(shù)據(jù)融合等任務(wù)處理。NUMA處理模塊采用模塊化設(shè)計(jì)，如圖3，模塊由雙龍芯3A處理器、內(nèi)存、FLASH、鐵電、EEPROM、PMC接口、南橋單元、北橋單元、千兆以太網(wǎng)單元、邏輯芯片、總SATA電源監(jiān)控I2CGA[4:1]12VSB710SMBUSVPXP0BMC溫度傳感器BOOTROMUART1TTLLPCUART0DDR2MC0LS3AHTch0x16LS3A千兆以太網(wǎng)HX5020NLIntel82574Intel82574SidePortMemory128MBGPPPCI-Ex1GPPPCI-Ex1GPPPCI-Ex4VPXP1XMCVPXP2PapidIO/MRCGFXPCI-Ex4VPXP4HTch1x16UART0VPXP3SO-DIMM內(nèi)存條SO-DIMM內(nèi)存條DDR2MC0顯示VGAVGAVPXP5AMD780ELVDSLVDSVPXP5STAT_LE

杓?技術(shù)4.1散熱設(shè)計(jì)單龍芯3A處理器運(yùn)行在1GHz時(shí)的平均功耗為15W左右，峰值功耗可達(dá)到25W左右，運(yùn)行在800MHz情況下，平均功耗也有將近12W左右，功率是同頻率對(duì)應(yīng)性能PowerPC處理器的2~3倍，雙路處理器則功耗加倍。受限于加固計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的尺寸要求，無法給處理器配置獨(dú)立的大尺寸散熱器及風(fēng)扇，只能采用板卡加固殼體與機(jī)箱箱體接觸來實(shí)現(xiàn)散熱。設(shè)計(jì)完成第一版板卡及加固殼之后，在室溫下進(jìn)行了單板溫度驗(yàn)證，通過溫度傳感器對(duì)CPU及CPU供電芯片進(jìn)行了工作升溫測(cè)試，溫度曲線并不理想，CPU供電芯片溫度接近90℃，，如圖4所示。通過進(jìn)一步分析板卡電路及殼體結(jié)構(gòu)，采取了如下改進(jìn)措施：（1）優(yōu)化了供電芯片的電路及開關(guān)頻率。（2）調(diào)整了芯片布局，避免熱源過于集中。（3）采用高導(dǎo)熱特性的導(dǎo)熱硅脂連接芯片及殼體。（4）增大殼體散熱面積，采用整體式殼體，減少接觸面。通過上述措施，經(jīng)過第二輪改版，在相同條件下進(jìn)行測(cè)試，溫度曲線有了明顯改善，升溫速度減慢，穩(wěn)定溫度也有明顯降低。溫度曲線如圖5所示。4.2電源監(jiān)控及優(yōu)化設(shè)計(jì)以往基于龍芯3A處理器的板卡的供電大多采用外接MOSFET以及電感的DC-DC電源芯片形式，電源軌1009080706050403020100度溫/℃時(shí)刻0：00：400：800：210：610：020：420：820：230：630：040：40：840：250：651：01：401：801：211：611：02CPU電源CPU圖4第一版板卡溫度曲線0：00：400：800：210：610：020：420：820：230：630：040：40：840：250
【作者單位】： 北方信息控制集團(tuán)計(jì)算所;
【分類號(hào)】：TP332

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2518792