NUMA架构的龙芯3A板级设计及工程化技术研究

发布时间：2019-07-24 17:55

【摘要】：针对关键应用对信息处理能力提出的性能要求以及国产化需求,在分析龙芯3A处理器架构特点的基础上,设计了基于NUMA并行处理架构的龙芯3A高性能处理模块,并对抗恶劣环境的关键问题进行了分析和设计,解决了散热、电源监控及供电优化、启动速度等问题。通过测试验证,性能可以满足关键应用对信息处理能力的要求,从而有效解决了龙芯3A访存能力有限的问题。同时对SMP和NUMA架构下,龙芯3A处理器CPU数量的增加对访存性能的提升的关系进行了探讨。
【图文】：

为不用跨XBAR访问）。在NUMA并行机中，虽然存储器在物理上分别挂载到各节点上，但它们可以被系统内所有的处理器统一访问或共享，这为NUMA系统带来了存储一致性问题[14]，这种数据不一致现象不仅可以存在于SMP中[15]，同时也存在于NUMA系统中。龙芯3A处理器采用基于目录协议的高速缓存一致性（CacheCoherent）技术来解决存储一致性问题[16]。在CC-NUMA系统中，每个处理器核有一个私有高速缓冲存储器，硬件自动维护各私用高速缓存一致性。CPU经常在它的高速缓存中取指令和存储数据，以获得较好的性能。如图2所示。3基于龙芯3A的NUMA架构的板级设计根据前述章节的架构规划，本章将详述基于龙芯3A的NUMA架构工程化技术，并形成基于VPX的双路3A处理器的并行处理单板COTS产品（以下简称NUMA处理模块），提高了整板计算密度和性能功耗比。该模块可进行大数据量计算，具有任务网络、控制总线等接口，既可用于数据处理、状态监测、任务统一管理调度，数据管理、程序文件的处理，也可用于各功能计算、数据融合等任务处理。NUMA处理模块采用模块化设计，如图3，模块由双龙芯3A处理器、内存、FLASH、铁电、EEPROM、PMC接口、南桥单元、北桥单元、千兆以太网单元、逻辑芯片、总SATA电源监控I2CGA[4:1]12VSB710SMBUSVPXP0BMC温度传感器BOOTROMUART1TTLLPCUART0DDR2MC0LS3AHTch0x16LS3A千兆以太网HX5020NLIntel82574Intel82574SidePortMemory128MBGPPPCI-Ex1GPPPCI-Ex1GPPPCI-Ex4VPXP1XMCVPXP2PapidIO/MRCGFXPCI-Ex4VPXP4HTch1x16UART0VPXP3SO-DIMM内存条SO-DIMM内存条DDR2MC0显示VGAVGAVPXP5AMD780ELVDSLVDSVPXP5STAT_LE

杓?技术4.1散热设计单龙芯3A处理器运行在1GHz时的平均功耗为15W左右，峰值功耗可达到25W左右，运行在800MHz情况下，平均功耗也有将近12W左右，功率是同频率对应性能PowerPC处理器的2~3倍，双路处理器则功耗加倍。受限于加固计算机系统的尺寸要求，无法给处理器配置独立的大尺寸散热器及风扇，只能采用板卡加固壳体与机箱箱体接触来实现散热。设计完成第一版板卡及加固壳之后，在室温下进行了单板温度验证，通过温度传感器对CPU及CPU供电芯片进行了工作升温测试，温度曲线并不理想，CPU供电芯片温度接近90℃，，如图4所示。通过进一步分析板卡电路及壳体结构，采取了如下改进措施：（1）优化了供电芯片的电路及开关频率。（2）调整了芯片布局，避免热源过于集中。（3）采用高导热特性的导热硅脂连接芯片及壳体。（4）增大壳体散热面积，采用整体式壳体，减少接触面。通过上述措施，经过第二轮改版，在相同条件下进行测试，温度曲线有了明显改善，升温速度减慢，稳定温度也有明显降低。温度曲线如图5所示。4.2电源监控及优化设计以往基于龙芯3A处理器的板卡的供电大多采用外接MOSFET以及电感的DC-DC电源芯片形式，电源轨1009080706050403020100度温/℃时刻0：00：400：800：210：610：020：420：820：230：630：040：40：840：250：651：01：401：801：211：611：02CPU电源CPU图4第一版板卡温度曲线0：00：400：800：210：610：020：420：820：230：630：040：40：840：250
【作者单位】： 北方信息控制集团计算所;
【分类号】：TP332

【参考文献】

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本文编号：2518792