利用時鐘裕度技術實現系統(tǒng)邊界穩(wěn)定性與早期故障預

計算機領域的超頻技術已存在多年，其目的就是有意識地讓系統(tǒng)超越工作極限，實現最大性能，但這通常會減少設備的使用壽命且難以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。許多系統(tǒng)設計人員都認為超頻技術除了影響系統(tǒng)穩(wěn)定性之外一文不值，但實際它也有一些潛在的好處：可以為我們確定實際系統(tǒng)總時序預算(TTB)裕度以及估算產品現場使用壽命提供有益信息。超頻技術正在發(fā)展為一種稱為“時鐘裕度”的新技術，該技術可確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。此外，本文還將探討如何利用可編程時鐘源來實現時鐘裕度技術，確保在臨界條件下的真正系統(tǒng)穩(wěn)定性。

很多讀者對上世紀80年代和90年代初期的PC平臺可能記憶猶新，這種平臺都帶有一個所謂加速模式(turbo mode)按鍵。我喜歡按下加速模式按鍵，并觀察顯示數字的變化?？蛇@些數字到底意味著什么呢？按下這個按鍵，首先是自我感覺良好，認為自己正在體驗一種極限計算性能，可謂物超所值，畢竟當年的一部臺式機價值2500美元。我也很清楚，要是覺得加速模式下性能不穩(wěn)定，那么總可以返回正常模式，以確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。坦率地說，實際上我從未在正常模式下工作過，相信其他人也一樣。當然，加速模式是一柄雙刃劍，人們一直批評它會造成系統(tǒng)崩潰，而且還會擔心一旦風扇失靈，就會把CPU燒壞報廢掉。

實際上，過去的加速模式就是我們今天所說的超頻技術。其實基本概念并沒變，都是要接近或超越系統(tǒng)的計算速度極限，將系統(tǒng)推到穩(wěn)定與不穩(wěn)定的邊緣。想到超頻技術時，總是自然而然地想到PC。除了超頻技術帶來的問題之外，能不能通過超頻技術(即以超頻為工具)找到系統(tǒng)的弱點呢？能不能通過一種結構化的“試驗設計”，讓邏輯中最薄弱的一環(huán)自動暴露出來呢？能不能通過超頻技術來準確判斷系統(tǒng)穩(wěn)定與不穩(wěn)定的確切臨界點呢？我們的分析還會不會提供一些隱性的有價值信息，有助于推測系統(tǒng)老化影響帶來的早期故障問題？如果認為超頻的好處是讓系統(tǒng)達到穩(wěn)定工作的極限，那么降頻又會怎么樣呢？通常認為超頻主要就是修改設置時間，而降頻就是修改保存時間。要討論超頻或降頻，就需要給系統(tǒng)“標稱”響應定義一個參考基準。系統(tǒng)設計人員應當根據系統(tǒng)組件數據表提供的有關制造規(guī)范建立一個標稱響應的標準。

總時序預算

首先介紹一些涵蓋關于超頻概念的新術語?？倳r序預算(TTB)與超頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件密切相關?？倳r序預算是指系統(tǒng)能夠實現的性能。根據這個定義，我們可以明確理性條件下系統(tǒng)的邊界時序性能限定。總時序預算是指系統(tǒng)的整體邊界性能極限條件下的，既包括超頻和降頻時的體驗效果。我們往往要通過實踐分析來獲得總時序預算參數，數據表中的內容不能提供這種最大和最小容限規(guī)范。根據定義，數據表提供的是系統(tǒng)“標稱”的時鐘速度(位于最大和最小指標之間)，是構成整體系統(tǒng)的設備選擇的內在特性。在分析系統(tǒng)總時序預算的時候，會發(fā)現標稱數值與總時序預算數值之間存在一定的性能差或者頻率差。系統(tǒng)電壓與溫度都會影響總時序預算，為了獲得一致性的結果，必須考慮這些影響因素。

始終裕度

時鐘裕度(clock margining)也是一個有趣的術語。其含義包含的不僅僅是超頻的概念。時鐘裕度的概念是指我們通過全面的回歸測試、根據總時序預算數據來探索并得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性參數。通過時鐘裕度，讓小部分軟件超頻運行，能全面了解系統(tǒng)的工作性能極限?？稍诋a品壽命周期中隔一定時期就進行一次時鐘裕度檢測，了解實際性能與標稱性能的差別，從而了解產品性能變化的趨勢。這種趨勢有助于估計系統(tǒng)什么時候會達到壽命終點。系統(tǒng)制造后不久，會進行一次參照時鐘裕度性能差檢測，這通?？山⑵鹨粋€極限性能基準。隨著產品的老化，在實際的測試中首次極限性能與標稱的差距最大，以后每次檢測都會發(fā)現差距在縮小。