利用時鐘裕度技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)邊界穩(wěn)定性與早期故障預(yù)

計算機(jī)領(lǐng)域的超頻技術(shù)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(xiàn)最大性能，但這通常會減少設(shè)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(shè)計人員都認(rèn)為超頻技術(shù)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(yù)算(TTB)裕度以及估算產(chǎn)品現(xiàn)場使用壽命提供有益信息。超頻技術(shù)正在發(fā)展為一種稱為“時鐘裕度”的新技術(shù)，該技術(shù)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(xiàn)時鐘裕度技術(shù)，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(jì)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(shù)字的變化。可這些數(shù)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(rèn)為自己正在體驗一種極限計算性能，可謂物超所值，畢竟當(dāng)年的一部臺式機(jī)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(dāng)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(dān)心一旦風(fēng)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(shù)。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(shù)時，總是自然而然地想到PC。除了超頻技術(shù)帶來的問題之外，能不能通過超頻技術(shù)(即以超頻為工具)找到系統(tǒng)的弱點呢？能不能通過一種結(jié)構(gòu)化的“試驗設(shè)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(shù)來準(zhǔn)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(rèn)為超頻的好處是讓系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定工作的極限，那么降頻又會怎么樣呢？通常認(rèn)為超頻主要就是修改設(shè)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(biāo)稱”響應(yīng)定義一個參考基準(zhǔn)。系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)組件數(shù)據(jù)表提供的有關(guān)制造規(guī)范建立一個標(biāo)稱響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

總時序預(yù)算

首先介紹一些涵蓋關(guān)于超頻概念的新術(shù)語?？倳r序預(yù)算(TTB)與超頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件密切相關(guān)?？倳r序預(yù)算是指系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的性能。根據(jù)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?？倳r序預(yù)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(yù)算參數(shù)，數(shù)據(jù)表中的內(nèi)容不能提供這種最大和最小容限規(guī)范。根據(jù)定義，數(shù)據(jù)表提供的是系統(tǒng)“標(biāo)稱”的時鐘速度(位于最大和最小指標(biāo)之間)，是構(gòu)成整體系統(tǒng)的設(shè)備選擇的內(nèi)在特性。在分析系統(tǒng)總時序預(yù)算的時候，會發(fā)現(xiàn)標(biāo)稱數(shù)值與總時序預(yù)算數(shù)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(yù)算，為了獲得一致性的結(jié)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(shù)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(jù)總時序預(yù)算數(shù)據(jù)來探索并得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性參數(shù)。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。可在產(chǎn)品壽命周期中隔一定時期就進(jìn)行一次時鐘裕度檢測，了解實際性能與標(biāo)稱性能的差別，從而了解產(chǎn)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(dá)到壽命終點。系統(tǒng)制造后不久，會進(jìn)行一次參照時鐘裕度性能差檢測，這通常可建立起一個極限性能基準(zhǔn)。隨著產(chǎn)品的老化，在實際的測試中首次極限性能與標(biāo)稱的差距最大，以后每次檢測都會發(fā)現(xiàn)差距在縮小。