8.3. Пример расчета средней длины связи и средней длины логической цепи в конструкциях коммутационных элементов обрабатывающих устройств эвм
Условие задачи:
Рассчитать средние длины связей и цепей для 3‑х вариантов конструкции обрабатывающего устройства ЭВМ, логическая схема которого характеризуется наличием 4‑х уровней компоновки элементов:
Вар.1 – устройство представляет собой СБИС на основе КМОП‑элементов, содержащую на одном кристалле все 4‑е уровня компоновки;
Вар.2 – устройство представляет собой многокристальный модуль (МКМ) на основе бескорпусных КМОП БИС, в котором первые три уровня компоновки выполнены на уровне кристалла БИС, а четвертый – находится на уровне кремниевой подложки МКМ, на которой расположены бескорпусные кристаллы этих БИС;
Вар.3 – устройство представляет собой функциональный блок на основе корпусных КМОП БИС, в котором первые три уровня компоновки выполнены на уровне кристалла БИС, а четвертый – выполнен на уровне многослойной печатной платы (МПП) блока, на которой расположены корпусные БИС.
Исходные данные
1. Общий (эффективно используемый) функциональный объем устройства (в ЭЛЭ), а также число элементов на каждом уровне компоновки принимаются такими же, как в Примере 8.1.
2. В устройстве на всех уровнях используется микропроцессорный принцип компоновки элементов.
3. Размеры кристаллов БИС и СБИС и соответствующий им уровень полупроводниковой технологии (длина канала транзистора – ) составляют:
для БИС –
= 5,6 мм, = 1,0 мкм;
для СБИС –
= 12,5 мм, = 0,45 мкм;
4. Трассировка логических связей в конструкциях кристаллов БИС и СБИС выполняется на отдельных (не связанных с p‑n структурами) слоях металлизации, что обеспечивает максимальную плотность размещения структурных элементов в кристалле.
5. Шаг размещения кристаллов и корпусов БИС (с учетом того, что внешние контакты на уровнях компоновки элементов расположены равномерно по всем четырем периферийным сторонам) составляет:
для бескорпусных БИС –
= 10 мм;
для корпусных БИС –
= 35 мм.
6. Логические элементы в кристаллах БИС и СБИС используются со средней эффективностью, примерно равной 0,5. При этом эффективность использования структурных элементов по уровням компоновки (Ээi) принять равной:
для i = 1: Ээ1 = 0,7
для i = 2: Ээ2 = 0,8
для i = 3: Ээ3 = 0,9
для i = 4: Ээ4 = 1
7. В качестве необходимых дополнительных исходных данных рекомендуется максимально использовать результаты расчета основных (первичных) и производных компоновочных параметров устройства, полученные в Примерах 8.1 и 8.2.
Решение
1. При расчетах средней длины связи (lсвi) и средней длины цепи (lцi) на i‑м уровне компоновки устройства использованы формулы (6.7) и (6.8), приведенные в главе 6.
2. Шаг размещения структурных элементов на внутренних уровнях компоновки БИС и СБИС (аi) определялся исходя из максимального числа элементов на этих уровнях (Msi) и конечных размеров кристалла (Lкр). При этом максимальное значение числа элементов (Nsi и Msi) определены с учетом заданной эффективности использования (Ээi) по формулам:
, 
.
3. Итоговые результаты расчетов приведены в таблице 8.4.
Таблица 8.4.
Результаты расчета средних длин связей и средних длин логических цепей для 3‑х вариантов конструкции устройства ЭВМ, использующих 4‑е уровня компоновки элементов и микропроцессорный принцип построения схем.
Уровень компоновки i |
Схем. интеграция |
Max интеграция |
Ki |
mi |
Kоптi |
nсвi |
||
Ni |
Mi |
Nsi |
Msi |
|||||
i = 1 |
10 |
10 |
15 |
15 |
2,418 |
10,8 |
1,79 |
2,47 |
i = 2 |
500 |
50 |
900 |
60 |
1,677 |
59,8 |
2,09 |
3,66 |
i = 3 |
5000 |
10 |
1000 |
11 |
1,352 |
166,3 |
1,75 |
1,69 |
i = 4 |
125000 |
25 |
250000 |
25 |
1 |
707,1 |
2,03 |
1,79 |