基于AXIe中PCIe高帶寬及多模塊同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚賵D形傳輸系統(tǒng)

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

　　E-Beam 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)可確保通道間的時(shí)鐘偏移最大不超過 2ns。自外部同步信號產(chǎn)生器開始，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(jī)箱切換模塊的用途。另外，切換模塊除提供 PCIe總線自動切換功能外，也負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)傳輸模塊。在數(shù)據(jù)傳輸模塊方面，除特別注意各頻率及數(shù)據(jù)信號在PCB上布線都須使用相等路徑長度外，在電路輸出部分也都采用低偏移緩沖器。最后處理過的數(shù)據(jù)會由Avago 平行光纖發(fā)射器 (AFB-810BHZ-TX) 輸出。綜合考慮 FPGA 內(nèi)部繞線及制程、光纖、連接器及 PCB 路徑等因素后，計(jì)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 個機(jī)箱下嚴(yán)格的通道間歪斜的要求之外，系統(tǒng)還要求能夠?qū)崟r(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)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(fù)責(zé)PCIe驅(qū)動接口，另外三顆各負(fù)責(zé) 24 個光纖通道的驅(qū)動接口，即單一數(shù)據(jù)傳輸模塊可提供 72 個光纖輸出通道。

　　集成電路圖案數(shù)據(jù)先自 RAID 磁盤陣列讀出后加載主板刀鋒服務(wù)器的內(nèi)存，再經(jīng)由PCIe 總線做直接內(nèi)存存取(DMA, direct memory access)傳輸?shù)絺€別的數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊上的 PCIe FPGA 接收 DMA 數(shù)據(jù)并存入模塊上的閃存，然后再傳輸?shù)礁鲌D形傳輸 FPGA 對應(yīng)的 DDR3 內(nèi)存儲存。圖形傳輸 FPGA 內(nèi)建有客戶自定的解壓縮算法，解壓縮后的數(shù)據(jù)會通過光學(xué)發(fā)射器做同步數(shù)據(jù)輸出。示意圖請參見圖 5。

　　其中DDR3 內(nèi)存切割為兩個區(qū)塊，以便實(shí)現(xiàn)「乒乓(ping-pong)」技術(shù)，也就是可讓大量數(shù)據(jù)同時(shí)間進(jìn)出內(nèi)存以優(yōu)化讀/寫帶寬。各光纖輸出通道的圖形檔案大小可達(dá) 300MB，換句話說，一個插滿12張數(shù)據(jù)傳輸模塊的機(jī)箱總共會需約260GB的檔案大小。

　　先前提到符合經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)為每6分鐘要完成一片晶圓，所以整體上會需要至少725MB/秒的連續(xù)數(shù)據(jù)帶寬，通過這樣的運(yùn)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(xiàn)少量多樣的高性能產(chǎn)出。

　　總結(jié)

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