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CPU的高速率

时间:12-12 整理:3721RD 点击:
像通讯里面的一些业务芯片,电信号速率到10G/25G,都不难,价格也不太贵。
那为何:CPU还是2G/4G这么慢啊? 从IC设计上来说,工艺都可以达到这个速率啊。
那瓶颈在哪里? 是因为CPU任务多,如果这么高速率,最后散热搞不定?

还有之前说的,信号完整性问题
4G频率时波长只有75mm了。。。

10g速率的网路芯片,内部速度是400MHz

CPU单位面积有N多管子,频率高,发热大
看台式机的散热风扇多NB,功耗是频率的平方项

CPU里面的结构比通讯不知道复杂了多少多少倍,timing搞不定。

如果CPU跟通讯逻辑一样只需要处理一个输入信号的话,同样可以做到10G或20G
但是CPU的核心逻辑动不动就几百个输入信号,要把这几百个信号都对齐难度就大多了。
输入数据的宽度跟电路的工作频率有一个相互制约的关系
所以数字系统要提高吞吐量的话,要么改成串行玩命儿提高频率,如PCI Express
要么玩命儿扩展数据宽度,如内存技术里的WideIO

原因是芯片和PCB有所不同。我可以举几个明显的原因。
1)功耗和散热
芯片因为散热能力要远远比PCB差,所以功率密度不能过大。功耗分为两个部分,静态leakage和动态功耗,虽然leakage和速率不直接相关,但是速率高了之后,为了满足timing会在关键路径上使用low Vt的高速门,low Vt的门leakage较大,所以leakage和速率算是间接相关了。动态功耗和频率直接挂钩,关系明显。最关键的是芯片上的网络密度远远大于PCB,所以功耗会非常集中。
2)芯片的信号路径特性不同。
芯片的trace较窄,通常0.1um左右,损耗大。驱动器的size很小,Ron大,且PVT 变化较大,造成trace+driver的延时绝对值较大,而且变化范围也大。timing  closure的难度远远大于PCB,所以频率不能过高。如果频率过高,则需要多级FF分割组合逻辑并re drive signal,那样需要加非常多的FF。还需要low vt的门减少门的延时,或者大size的门减小Ron。面积和功耗受不了。
3)噪声环境不同
反射不是主导,因为2)的原因芯片上的trace不能过长。而coupling占主导,特别是容性耦合(芯片尺寸小),signal 到 signal存在耦合,signal到power ground也存在耦合,频率越高危害越大。
4)电源不同
芯片无电源地平面,均为power mesh结构,阻抗不能做到很小,高频下电源自身的PI问题难以保证。只能保证局部高速IO模块的PI,全芯片高速是不现实的。这部分还有封装的限制

反射不是主导,看波长关系不大。

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