Phân tích bộ VXL công nghệ MMX của Intel

1.0 GIỚI THIỆUTài liệu này giải thích các chi tiết kỹ thuật điện áp, đề xuất các giải pháp cung cấp điện phù hợp, và đề nghị các kỹ thuật xác nhận để đảm bảoPentium mạnh mẽ® bộ vi xử lý

Tìm hiểu bộ vi xử lý

MMX của Intel (Pentium MMX)

Mục lục

Phần 1: Giới thiệu chung về các bộ vi xử lý của Intel

A Sơ lược lịch sử phát triển chíp Intel (từ 1971-2003) 4

B Dòng vi xử lý Pentium……….7

Phần 2: Hướng dẫn điện áp cho bộ xử lý Pentium ® MMX ™ Công nghệ 1.0 GIỚI THIỆU ……… 15

2.0 THÔNG SỐ KỸ THUẬT ……… 16

2.1 Core và I / O Đặc điểm kỹ thuật ……… 17

2.2 Các phạm vi cung cấp điện áp ……… 17

2.3 ứng dụng hành vi điển hình ……… ……… 18

2.4 Đặc điểm kỹ thuật vi phạm áp ……… 18

3.0.CUNG CẤP ĐIỆN……… 19

3.1 Chọn một đơn vị điện cung cấp chính xác ……… 19

3.2 Lựa chọn một điều chỉnh điện áp chính xác……… ……… 20

3.3 Tách ………21

3.4 Số lượng lớn tách riêng ……… 22

3.5 Tần số tách ……….22

3.6 Cách ly khuyến nghị ……… 22

3.7 Vị trí của tụ Cách ly ………23

3.8 ESR và ESL : Tại sao ít là tốt hơn? ………23

4.0 DÙNG PHÉP ĐO ĐIỆN ÁP ……… 24

4.1 Tạo Worst-Case Transient Excursion ……… 24

4.2 Đo lường Kỹ thuật ………24

4.3 STPCLK # Chuyển qua chuyển lại 25

4.4 Step-by-Step Đo lường Thủ tục 26

4.4.1 THỦ TỤC A ……… 27

4.4.2 THỦ TỤC B .27

4.4.3 THỦ TỤC C ……… …………28

4.5 Đánh giá kết quả đo ………,,,……… 28

B1.0 Tuyến tính và chuyển đổi điều chỉnh các giải pháp 29

B2.0 Module điều chỉnh điện áp ……….29

B3.0 Tách tụ ……… 29

2

PHẦN 3: THIẾT KẾ ĐIỆN ÁP NHÚNG

1,0 GIỚI THIỆU ……… 30

1.1 3V là gì? ……… ……… 30

2.0 LÝ DO CHO 3V HOẠT ĐỘNG ……… ……… 30

2.1 Thiết bị Hình học ……… 30

2.2 Hệ thống Lợi ích ……… …….31

3.0 LOW ÁP HỆ THỐNG THIẾT KẾ ……… …….32

3.1 Năng Cung cấp Thiết kế ……… ……… …32

3.1.1 Pin ……… ……… ……32

3.1.2 Điện áp Quy chế ……….………33

3.1.3 Tính toán Hệ thống Công suất tiêu thụ ……….……….34

3.1.3.1 Thiết bị Hiện tại ……… ……….………….34

3.1.3.2 Rời rạc Thành phần hiện tại ……… ……….36

3.1.3.3 Rò rỉ Hiện tại ……… ……….36

3.1.4 Tóm tắt: Tính toán Công suất tiêu thụ ……… 36

3.2 Hỗn hợp Điện áp Hệ thống Thiết kế ……… ……… 37

3.2.1 Giao diện 3V và 5V Thành phần ……… ……… 37

3.2.1.1 3V để 5V Giao diện ……… ……… 37

3.2.1.2 5V để 3V Giao diện ……… ……… 37

3.2.1.3 Điện áp Dịch với Open Xả hết nước Kết quả đầu ra … ……… 38

3.2.1.4 BidirectionaI Dịch ……… ……… 39

3.2.2 Nhược điểm của Hỗn hợp điện áp Hệ thống ……… ……… 40

3.2.2.1 Nhiều Nguồn cung cấp trong hỗn hợp Điện áp Hệ thống ……….40

3.2.2.2 Bổ sung Hiện tại Tiêu thụ trong Hỗn hợp Điện áp Hệ thống ……… ………40

3.2.3 Tóm tắt: Hỗn hợp Điện áp hệ thống ……… 40

3.3 Độc thân Điện áp Hệ thống Thiết kế ……… ………42

3.3.1 Thiết bị Thiết kế cho thấp Điện áp Hoạt động ……… ……… 42

3.3.2 Thiết bị Derated cho thấp Điện áp Hoạt động ……… 42

3.3.3 Tiếng ồn Thế hệ bởi thấp Điện áp Thiết bị ……… 43

3.3.4 Tiếng ồn Lợi nhuận trong Thấp Điện áp hệ thống …… ……… 43

4.0 HỆ THỐNG ĐIỆN QUẢN LÝ ……… ……….44

4.1 Thiết bị Năng Quản lý ……… ……… 44

4.2 Phần mềm Năng Quản lý ……….44

4.2.1 Thực hiện Sự chậm trễ ……… ……….45

4.2.2 Mã số Tối ưu hóa ……… 45

3

Phần 1: Giới thiệu chung về các bộ vi xử lý của Intel

A Sơ lược lịch sử phát triển chíp Intel (từ 1971-2003)

Mặc dù Intel tiên phong cho ra đời chip vi xử lý đầu tiên vào năm 1971 nhưng

họ vẫn quyết định chọn mốc thời gian 1978 để làm sinh nhật đầu tiên cho dòng Bộ vi

xử lý (BVXL) máy tính vì đó là thời điểm tên tuổi chip Intel 8088 được cả thế giới biết đến

- 1971 : Chip 4004 là bộ vi xử lý đầu tiên của Intel, được trang bị cho máy tính

Busicom và mở đường cho xu hướng tăng thêm sự thông minh cho mọi thiết bị, trong

đó có máy tính cá nhân

- 1972 : Chip 8008 mạnh gấp đôi 4004 Thiết bị Mark-8 sử dụng chip 8008 từng

được một bài viết đăng năm 1974 trên báo Radio Electronics phong tặng là máy tính gia đình đầu tiên Nhưng hệ thống này rất khó xây dựng, bảo trì và vận hành

- 1974 : 8080 trở thành bộ não của máy tính cá nhân đầu tiên mang tên Altair, đặt

theo tên địa danh hạ cánh của phi hành đoàn Starship trong loạt phim truyền hình Star Trek nổi tiếng Giá một bộ Altair lúc ấy là 395 USD nhưng hàng chục ngàn máy đã được bán hết sạch chỉ trong vài tháng đầu

- 1978 : BVXL 8086-8088 được bán chủ yếu cho IBM để tạo nên dòng PC IBM

nổi tiếng Sự thành công của chip 8088 đưa Intel vào hàng Fortune 500 và được tạp chí Fortune bình bầu là một trong những công ty thành công trong thập niên 70 (Business Triumphs of the Seventies) Chính từ sự thành công này, Intel đã chọn làm mốc khởi đầu cho kiến trúc Intel (Intel Architecture-IA)

-1982 : BVXL Intel286, tên đầy đủ là Intel 80286, là chip đầu tiên của Intel tương

thích ngược với tất cả phần mềm trước đó, giúp tiếp tục duy trì thế mạnh của dòng vi

xử lý Intel Trong 6 năm, trên thế giới đã có khoảng 15 triệu PC 286 được bán ra

- 1985 : BVXL Intel386 trang bị 275.000 transistor (gấp 100 lần so với 4004),

dùng giao tiếp 32-bit và có khả năng xử lý đồng thời nhiều tác vụ (multi tasking)

4

- 1989 : CPU (central processing unit - BVXL trung tâm) Intel486 DX cho phép

người dùng từ bỏ giao diện dòng lệnh tẻ nhạt và chuyển sang giao diện tương tác bằng chuột máy tính Lần đầu tiên có thêm bộ đồng xử lý toán học, nhận bớt phần xử lý các phép toán phức tạp cho CPU nhằm tăng hiệu năng hệ thống

- 1993 : BVXL Intel Pentium cho phép máy tính xử lý được nhiều dạng dữ liệu

thực tế như giọng nói, âm thanh, chữ viết và hình ảnh

- 1995 : BXL Intel Pentium Pro được thiết kế cho máy chủ và trạm ứng dụng

32-bit, giúp nâng cao tốc độ tính toán cho ngành khoa học, cơ khí và thiết kế trên máy tính Pentium Pro được trang bị bộ đệm thứ cấp tốc độ cao và tích hợp được tới 5,5 triệu transistor

- 1997 : BVXL Pentium II tích hợp 7,5 triệu transistor và trang bị thêm công nghệ

MMX để xử lý dữ liệu video, âm thanh và hình ảnh hiệu quả hơn Kiểu đóng gói được chuyển sang dạng Single Edge Contact Cartridge và được tích hợp thêm chip nhớ dạng cache tốc độ cao

- 1998 : Intel Pentium Xeon được thiết kế nằm đáp ứng yêu cầu của dòng máy

chủ cao cấp và tầm trung chuyên cung cấp dịch vụ Internet, lưu trữ dữ liệu, tạo nội dung kĩ thuật số, thiết kế tự động Sử dụng Xeon, hệ thống có thể kết hợp 4 hoặc 8 BXL với nhau

- 1999 : BVXL Intel Celeron được thiết kế riêng cho thị trường bình dân với tiêu

chí đạt hiệu năng cao nhất, trong mức giá hợp lý, được tối ưu hóa cho trò chơi và phần mềm giáo dục

Cũng trong năm, Intel Pentium III ra đời, có thêm 70 lệnh mới (Internet Streaming SIMD Extension) giúp tối ưu hiệu ứng xử lý ảnh, 3D, âm thanh trực tuyến, video và nhận dạng giọng nói BVXL này được tích hợp 9,5 triệu transistor và sản xuất dựa trên công nghệ 0,25 micro mét

Intel Pentium III Xeon mở rộng thị trường sang máy chủ, máy trạm chạy ứng dụng thương mại điện tử hoặc ứng dụng cấp doanh nghiệp lớn

- 2000 : BVXL Pentium IV ra đời Nó tích hợp 42 triệu transistor, sản xuất theo

công nghệ 0,18 micromet, đạt tần số 1,5Ghz

5

- 2001 : BVXL Intel Xeon hướng đến thị trường máy trạm 2 BVXL, tầm trung và

hiệu năng cao, máy chủ đa BVXL Dựa trên kiến trúc Intel NetBust, BVXL xử lý tốt ứng dụng âm thanh và video, Internet và đồ họa 3D phức tạp Tùy theo cấu hình ứng dụng, máy trạm Xeon chạy nhanh hơn Pentium III Xeon từ 30% tới 90%

Intel Itanium là BVXL đầu tiên thuộc họ 64-bit của Intel, được thiết kế kiến trúc mới hoàn toàn dựa trên công nghệ Explicitly Parallel Instruction Computing (EPIC), và trang bị thêm bộ đệm cấp 3 (không tích hợp trong nhân nhưng vẫn đạt tốc độ xung hoạt động bằng nhân)

Itanium tập trung vào thị trường máy chủ, máy trạm cao cấp nên hỗ trợ chạy các ứng dụng tính toán phức tạp cấp xí nghiệp như bảo mật giao dịch thương mại điện tử,

hệ thống cơ sở dữ liệu lớn, tính toán khoa học,

- 2002 : Intel Itanium 2 là phiên bản thứ hai của dòng BVXL 64-bit Itanium dành

cho xí nghiệp, thực sự phát huy được hết sức mạnh của kiến trúc Intel (Intel Architecture - IA) cho môi trường ứng dụng tính toán kĩ thuật, dữ liệu quan trọng với doanh nghiệp, bảo mật giao dịch,

- 2003 : Intel Pentium M kết hợp cùng chipset Intel 855 và card mạng Intel

Pro/Wireless 2100 tạo ra nền tảng cơ bản cho công nghệ di động Centrino nhằm nâng cao tính di động và hiệu năng cho máy tính trong môi trường mạng LAN không dây Công nghệ Centrino còn giúp kéo dài thời gian thiết bị hoạt động với pin và giúp mỏng, nhẹ hóa hơn nữa máy tính xách tay

6/2003 : Intel giới thiệu BVXL Mobile Pentium IV với mục tiêu mang sức mạnh công nghệ của dòng Pentium IV cho máy PC vào máy tính xách tay, giúp giảm giá thành sản phẩm, tăng sức mạnh xử lý nhưng lại không hỗ trợ tính năng di động như Pentium M

6

B Dòng vi xử lý Pentium

TỔNG QUAN VỀ INTEL PENTIUM

1.I VXL Intel Pentium ở các xung nhịp 60-66 MHz

Có những cải tiến chính so với họ i486

- Bus dữ liệu rộng hơn

- Phân cách cache dữ liệu và cache chỉ thị

- Tích hợp đơn vị xử lý dấu phẩy động

- Bổ xung một số lệnh mới

1 Đường bus dữ liệu 64-bit:

Pentium có 64 bus dữ liệu cho phép 8byte được truyền từ bộ nhớ trên 1 lần truyền Đường bus dữ liệu rộng hơn cho phép những line trong Cache được lấp đầy từ chính cache nội tuyến của nó Bus dữ liệu rộng được hỗ trợ bởi 64 bit địa chỉ - được sử dụng

từ 8 byte trên line

2 Cache lệnh:

VXL Pentium gồm có 8KB cache lệnh riêng biệt được cung cấp cho 2 đơn

vị xử lý số nguyên và đơn vị xử lý dấu phẩy động hoạt động trên 2 pipeline Cache lệnh này được chia thành 2 phần với 32 bit mỗi line trên Cache

3 Cache dữ liệu

Cache dữ liệu là mỗi 8KB Cache phục vụ cho đơn vị xử lý Cache dữ liệu là Cache có thể ghi lại, giống như cache code, nó được tổ chức thành 2 phần với mỗi phần 32byte trên line

7

4 Đơn vị xử lý số nguyên song song

Trên Pipeline bao gồm 2 đường ống song song nhau được gọi là Pipeline U và pipeline V Kiến trúc đôi này và đơn vị xử lý cho phép 2 chỉ thị lệnh được phép giải

mã và thực thi liên tiếp, cho phép 2 lệnh có thể hoàn thành ngay trong 1 chu kỳ đơn của CPU Đó chính lă hiệu năng của SuperScalar

5 Đơn vị xử lý dấu phẩy động

Đơn vị xử lý số nguyên là một thiết kế mới giúp nâng cao hiệu năng xử lý so với thiết

kế của i486 Nó tận dụng sức mạnh của 2 pipeline

GIAO DIỆN HỆ THỐNG

Xử lý số nguyên

Xử lý số nguyên

Xử lý dấu phẩy động

8

I.2 VXL Intel Pentium ở các xung nhịp 75-200 MHz

75

MHz

90MHz

100MHz

120MHz

133MHz

150MHz

166MHz

200 MHz

Các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133 / 150/166/200 mở rộng của họ Intel Pentium microprocessors Đây là nhị phân tương thích với 8086/88, 80286, Intel386 - DX CPU, Intel386 SX CPU, Intel486 - DX CPU, Intel486 SX CPU, Intel486 DX2 của CPU,

Pipeline tăng tốc FPU

+ Tách biệt Cache lệnh và Cache dữ liệu

8-Kbyte mã, 8-Kbyte Ghi dữ liệu trở

lại

MESI giao thức Cache

+ Những tính năng nâng cao

Dự đoán các nhánh xử lý

Chế độ ảo mở rộng

+ Công nghệ silicon 3.3V BiCMOS

+ 4-Mbyte mỗi trang phục vụ việc tăng

tính chính xác của TBL

+ IEEE 1149.1 Quét các ranh giới

+ Cấu hình cho đa xử lý

+ Hỗ trợ tính năng kiểm tra dư thừa

+ Chức năng kiểm tra lỗi cục bộ

+ Hỗ trợ đa vi xử lý Kiến trúc đa vi xử lý Hỗ trợ L2 Cache+ On-Chip Local APIC Controller

MP quản lý ngắt Tương thích 8259+ Có thể nâng cấp với một Pentium bộ

xử lý OverDriver + Power Management Features

System Management Mode Clock Control

+ Chia thành các dòng 200-MHz Core/66-MHz Bus 166-MHz Core/66-MHz Bus 150-MHz Core/60-MHz Bus 133-MHz Core/66-MHz Bus 120-MHz Core/60-MHz Bus 100-MHz Core/66-MHz Bus 100-MHz Core/50-MHz Bus 90-MHz Core/60-MHz Bus 75-MHz Core/50-MHz Bus

9

- Pentium xử lý tại 200 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 142

- Pentium xử lý tại 166 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 127

- Pentium xử lý tại 150 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 114

- Pentium xử lý tại 133 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 111

- Pentium xử lý tại 120 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 100

- Bộ xử lý Pentium ở 100 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 90

- Pentium xử lý tại 90 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 81

- Pentium xử lý tại 75 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 67 gốc xử lý Pentium

• "Bộ xử lý Pentium 60/66" sẽ được dùng để tham khảo bản gốc 60 và 66 MHz phiên bản sản phẩm:

- Pentium xử lý tại 66 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 57

- Pentium xử lý tại 60 MHz, iCOMP Đánh giá 2,0 index = 51

Kiến trúc họ vi xử lý Pentium có chứa tất cả các tính năng của họ CPU Intel486, và cung cấp các cải tiến đáng kể và bổ sung như sau :

• Chi nhánh năng động dự báo

• 64-Bit bus Dữ liệu

• Chu kỳ xe buýt Pipelining

• Địa chỉ tính chẵn lẻ

• Kiểm tra tính chẵn lẻ nội

• Kiểm tra các chức năng sự thừa • Thi Công Tracing

• Theo dõi Hiệu suất

• IEEE 1149,1 ranh giới Quét

• Hệ thống Quản lý Chế độ

• Chế độ ảo Mở rộng

10

Ngoài những tính năng được liệt kê ở trên, các Pentium xử lý 75/90/100/120/133/150/166/200 cung cấp các tính năng mở rộng sau đây trên bộ xử

2 Sử dụng 2 Pipeline tăng hiệu năng xử lý:

- Việc triển khai thực hiện một số bộ xử lý Pentium cải tiến để tăng hiệu suất Kiến trúc 2 pipeline trên đơn vị bộ xử lý Pentium có khả năng độc lập hoạt động Mỗi pipeline được sử dụng thường xuyên các vấn đề chỉ lênh trong một chu kỳ xung nhịp Nhánh prefetch được thực hiện trong vxl Pentium Để hỗ trợ việc này, bộ xử lý Pentium triển khai thực hiện hai prefetch và bộ đệm

a Đơn vị xử lý dấu phẩy động

- Bộ xử lý dấu phẩy động đã được thiết kế lại hoàn toàn qua Intel486 CPU Tăng tốc các thuật toán lên 10 lần cho các phép toán phổ biến bao gồm cộng, nhân,

và nạp

b Cache tách biệt

- Bộ xử lý Pentium tách biệt Cache lệnh và cache dữ liệu để đạt mục tiêu tối

ưu, tốc độ xử lý Mỗi bộ nhớ cache là 8 Kbytes, với 32 byte cho 1 line và kích thước

là 2-way tập lệnh Mỗi bộ nhớ cache có một Translation Lookaside Buffer (TLB) để dịch các tuyến đến các địa chỉ vật lý Dữ liệu, bộ nhớ cache được cấu hình để được ghi lại hoặc ghi xuyên thông qua chế độ từng dòng cơ sở và sau những MESI Các tag dữ liệu, bộ nhớ cache là để hỗ trợ chuyển dữ liệu truyền và hai inquire trong một chu kỳ trong cùng một xung nhịp Những caches có thể được kích hoạt hay vô hiệu hóa của phần mềm hoặc phần cứng máy tính

3 Bus dữ liệu rộng hơn:

- Các bộ xử lý Pentium có Bus dữ liệu lên tới 64 bit để cải thiện tốc độ truyền

dữ liệu Burst burst đọc và viết lại có chu kỳ hỗ trợ bởi bộ xử lý Pentium.Ngoài ra, xung nhịp bus pipelining đã được thêm vào cho phép hai các luồng bus sẽ được tiến hành đồng thời

4 Đơn vị quản lý bộ nhớ:

- Bộ xử lý Pentium tích hợp 'đơn vị quản lý bộ nhớ’ chứa các tùy chọn để

mở rộng kiến trúc bộ nhớ Các bộ xử lý Pentium có thêm đáng kể tích hợp dữ liệu và khả năng phát hiện lỗi Khi có thêm nhiều chức năng được tích hợp trên chip, các cấp

độ phức tạp của Ban kiểm tra được tăng lên Để địa chỉ này, các bộ xử lý Pentium có tăng khả năng kiểm tra và gỡ lỗi Việc triển khai thực hiện xử lý Pentium IEEE.Ngoài ra, bộ vi xử lý Pentium được xác định có 4 breakpoint pins tương ứng với mỗi việc đăng ký và gỡ lỗi ra bên ngoài cho phù hợp với một breakpoint

- Chế độ quản lý hệ thống (SMM) đã được triển khai thực hiện cùng với một số mở rộng vào kiến trúc SMM Tính năng cho chế độ ảo giống 8086 đã được thực hiện để tăng hiệu suất

Hình 1 cho thấy một sơ đồ khối của các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200

Hình 1: Sơ đồ khối của Intel Pentium

- Các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133 / 150/166/200 cung cấp hiệu suất cao hơn

và cao hơn tần số hoạt động hơn các bộ xử lý Pentium 60/66 Do có quá trình cải tiến 3.3V BiCMOS được sử dụng cho các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 giúp tiêu tốn ít điện năng hơn Pentium xử lý 60/66

- Ngoài những tính năng SMM mô tả ở trên, các vi xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 hỗ trợ clock kiểm soát Khi hoạt động của bộ xử lý

Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 được ngừng lại, phần lớn điện năng không

bị tiêu hao Sự phối hợp của cải tiến làm cho các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 trở thành một lựa chọn tốt cho việc tiết kiệm điện năng trên các máy để bàn

- Hỗ trợ nâng cấp một ổ cắm (Socket 5 / 7) trong Hệ thống sẽ cung cấp cho người dùng cuối cùng khả năng nâng cấp

- Socket 7 đã được xem là sự nâng cấp khe cắm cho các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 Sự linh hoạt của các Socket 7 giúp nó tương thích với socket 5 và nên được sử dụng cho tất cả các bộ xử lý mới Pentium

- Các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 hỗ trợ việc phân tách các bus Điều này cho phép các lõi xử lý nội bộ trong chip hoạt động ở xung nhịp cao, trong khi bus bên ngoài hoạt động với xung nhịp thấp hơn

- Các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 chứa trên một chip nâng cao

vi mạch xử lý ngắt (APIC)

- Các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133 / 150/166/200 cung cấp hiệu suất cao hơn

và cao hơn tần số hoạt động hơn các bộ xử lý Pentium 60/66 Do có quá trình cải tiến 3.3V BiCMOS được sử dụng cho các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 giúp tiêu tốn ít điện năng hơn Pentium xử lý 60/66

- Ngoài những tính năng SMM mô tả ở trên, các vi xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 hỗ trợ clock kiểm soát Khi hoạt động của bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 được ngừng lại, phần lớn điện năng không

bị tiêu hao Sự phối hợp của cải tiến làm cho các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 trở thành một lựa chọn tốt cho việc tiết kiệm điện năng trên các máy để bàn

- Hỗ trợ nâng cấp một ổ cắm (Socket 5 / 7) trong Hệ thống sẽ cung cấp cho người dùng cuối cùng khả năng nâng cấp

- Socket 7 đã được xem là sự nâng cấp khe cắm cho các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 Sự linh hoạt của các Socket 7 giúp nó tương thích với socket 5 và nên được sử dụng cho tất cả các bộ xử lý mới Pentium

- Các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 hỗ trợ việc phân tách các bus Điều này cho phép các lõi xử lý nội bộ trong chip hoạt động ở xung nhịp cao, trong khi bus bên ngoài hoạt động với xung nhịp thấp hơn

- Các bộ xử lý Pentium 75/90/100/120/133/150/166/200 chứa trên một chip nâng cao

vi mạch xử lý ngắt (APIC)

Phần 2: Hướng dẫn điện áp cho bộ xử lý

Pentium ® MMX ™ Công nghệ

1.0 GIỚI THIỆU

Tài liệu này giải thích các chi tiết kỹ thuật điện áp, đề xuất các giải pháp cung cấp điện phù hợp,

và đề nghị các kỹ thuật xác nhận để đảm bảoPentium mạnh mẽ® bộ vi xử lý với hệ thống dựa trên công nghệ MMX

Bộ xử lý Pentium với công nghệ MMX sử dụng một mặt phẳng điện chia rẽ đảo điện áp riêng cho lõi và các I/O Măt phẳng điện phân chia riêng biệt Vcc2 chân kết nối với đảo điện

áp lõi, trong khi Vcc3 chân được kết nối I / O điện áp đảo.

Tài liệu này chứa hướng dẫn để đo lường mức độ tiếng ồn VCC vào các VCC2 (2.8V) mặt phẳng bộ vi xử lý Pentium với công nghệ MMX Tài liệu phác thảo các thủ tục đo lường đối với một bộ xử lý Pentium MMX công nghệ hệ thống đang chạy ở 233MHz.VCC2 đặc điểm kỹ thuậtcho lõi là 2.7V đến khoảng 2.9V.VCC3 đặc điểm kỹ thuậtcho I / O điện áp đảo sử dụng phạm vi tiêu chuẩn 3.3V từ 3.135V đến 3.6V Đối với thông tin đo lường điện áp thoáng qua trên bộ vi xử lý Pentium, tham khảo các lưu ý Hướng dẫn sử dụng,thực hiện choPentium® bộ

xử lývới VRE

Phần này bao gồm sáu phần chính:

cho một cái nhìn tổng quan về một số thiết kế hệ thống quan trọng và cân nhắc đo lường điện áp liên quan với VCC.Các hậu quả của hành vi vi phạm đặc điểm kỹ thuật cũng đã thảo luận.

điều chỉnh điện áp cung cấp điện để đảm bảo một thiết kế hệ thống mạnh mẽ Ngoài ra, chương này có chứa số lượng lớn chi tiết và đề nghị tách riêng tốc độ cao cho các thiết kế bộ xử lý PentiumMục

3 4,0 giải thích kỹ thuật đo lường thích hợp để xác minh rằng hệ thống đáp ứng các thông

số kỹ thuật điện áp tương ứng Những kỹ thuật đo lường áp dụng cho tất cả các bộ xử lý

Pentium Mẫu kết quả đo được hiển thị trong chương này.

4 Phụ lục A cung cấp thông tin về việc làm thế nào để có được và sử dụng "stress" đang được đề nghị cho các phép đo tiếng ồn điện áp

gồm các nhà cung cấp quản lý, điện trở, tụ điện, và ổ cắm

2.0 Thông số kỹ thuật

Core và I / O Đặc điểm kỹ thuật Bộ xử lý Pentium MMX công nghệ có một chiếc máy bay điện chia tay với hoạt động cốt lõi tại 2.8V và hoạt động I / O 3.3V VCC2DET # pin được định nghĩa trên bộ vi xử lý Pentium với công nghệ MMX được sử dụng để chỉ ra các điều chỉnh điện áp lõi bộ xử lý chính xác điện áp 2.8V (VCC2 máy bay) I / O phải đáp ứng các tiêu chuẩn thông số kỹ thuật 3.3V cho các yêu cầu cung cấp điện áp Cả hai lõi và I / O cónghiêm ngặtVCC yêu cầuvà rất nhạy cảm với tiếng ồn cung cấp điện áp và transientsngoài.

LƯU Ý

Bất kỳ vượt qua hoặc undershoot vượt ra ngoài phạm vi điện áp (đo lường của một băng thông 20 MHz) là thông số kỹ thuật bên Du ngoạn thoáng qua vượt ra ngoài phạm vi điện áp quy định có thể dẫn đến hành vi của hệ thống không ổn định Các kỹ thuật đo lường được quy định tại mục 4.0 và nên được theo sau để đảm bảo đo lường thống nhất và chính xác Các chi tiết kỹ thuật hoàn chỉnh hiển thị ở trên phải được đáp ứng để đảm bảo một bộ xử lý Pentium mạnh mẽ với nền tảng dựa trên công nghệ MMX.

Tất cả các phép đo phải được thực hiện và đảm bảo ở mặt sau của bo mạch chủ tại các chân

MHz Đối với các chi tiết kỹ thuật đo lường đầy đủ, xem phần 4.4.

Bảng 1 Core và I / O Thông số kỹ thuật choPentium® bộ xử lývới MMX ™ Công nghệ

Vcc 2.7V đến 2.9V

Không vượt qua hoặc undershoot cho phép.

3.135V đến 3.6V Không vượt qua hoặc undershoot cho phép.

mục 4.4.Transients phải được đo lường và đảm bảo ở mặt sau của bo mạchchủ tại các chân ổ cắm bộ vi xử lý.

2.1 CUNG CẤP CÁC PHẠM VI ÁP

Để bù đắp cho khả năng chịu đựng nhỏ thoáng qua, nền tảng phải sử dụng điều chỉnh điện áp chính xác và tụ điện tách đầy đủ địa phương Trong trường hợp xấu nhất điều kiện thoáng qua (chuyển vào và ra khỏi Cấp Stop-chế độ điện HALT Down chế độ), hiện nay cung cấp cho các

bộ vi xử lý có thể thay đổi bởi ampe một số trong hàng chục nano giây Kể từ khi đơn vị cung cấp điện và điều chỉnh điện áp có thể, tốt nhất,

đáp ứng trong một khung thời gian vào thứ tự của phần nghìn giây, số lượng lớn tụ điện tách được yêu cầu để hoạt động như các hồ chứa hiện tại cho đến khi đơn vị cung cấp điện hoặc điều chỉnh điện áp bù đắp cho tải mới Do hoạt động tốc độ cao của bộ xử lý Pentium, tụ điện có tần

số cao cũng được yêu cầu để lọc các thành phần tiếng ồn quá mức Không cung cấp điện đầy đủ quy định trong bất kỳ điều kiện thoáng qua có thể dẫn đến undershoot và vượt qua vượt ra ngoài các thông số kỹ thuật điện áp của bộ xử lý.

2,2 Hành vi ứng dụng thiết kế kém

máy tính để bàn và máy chủ hệ thống sẽ vi phạm các thông số kỹ thuật điện áp trong quá

trình hoạt động bình thường Hướng dẫn kết hợp một ứng dụng khác thường có thể gây ra đột biến lớn hiện nay từ đồng hồ chu kỳ chu kỳ đồng hồ Hình 2 cho thấy những biến động nhanh chóng của hệ thống điện trong quá trình thực hiện của một dấu vết BAPCo93 * chuẩn trên bộ

xử lý Pentium (BAPCo93 là một điểm chuẩn hệ thống được sử dụng để đo hiệu năng hệ thống) Những quá trình chuyển đổi nhanh chóng trong hiện tại xảy ra trong một khung thời gian ngắn hơn, trong đó đơn vị cung cấp điện hoặc điều chỉnh điện áp có thể có thể đáp ứng Transients trường hợp xấu nhất xảy ra trong quá trình chuyển vào hoặc ra khỏi một trạng thái năng lượng thấp Hình 3 cho thấy một dấu vết dao động của một hệ thống bằng cách sử dụng khẳng định STPCLK # / deassertion nhập / thoát khỏi trạng thái Stop-Grant Khi STPCLK # deasserted, điện áp cung cấp "droops" do hiệu ứng ESL và ESR (xem Phần 3,6), và bởi vì điều chỉnh điện

áp không thể đáp ứng một cách nhanh chóng đủ, tức thời thay đổi trong hiện tại Tương tự như vậy, khi STPCLK # được khẳng định, hệ thống đi vào trạng thái Stop-Grant, và điện áp cung cấp "dâng" vì ESL / ESR hiệu ứng và những thay đổi tức thời trong hiện tại Droops và dâng cũng có thể xảy ra trong các hệ thống cách ly thích hợp, nhưng đến một mức độ ít hơn Hệ thống này cũng có tần số cao, tiếng ồn do hoạt động tốc độ cao của cốt lõi nội bộđịnh.

Hình 3 Điện áp "droop" và "Surge" khi đảo chiều STPCLK #

2.3 Đặc điểm kỹ thuật Điện áp

Vi phạm bên ngoài phạm vi điện áp quy định có thể dẫn đến hành vi của hệ thống không ổn định Quá mức và duy trì dâng có thể gây ra hiệu ứng điện tử liên quan đến nóng và làm ảnh hưởng tới độ tin cậy của thiết bị Transients cũng có thể gây ra hành vi vi phạm thời gian, do đó

có thể dẫn đến một sự thất bại trong hệ thống.

Chúng ta đã thấy trường hợp của một hệ thống thất bại vì quá nhiềuV CC tiếng ồn thoáng qua

Mở rộng thăm dò thí nghiệm cho thấy các thành phần tần số của tiếng ồn có thể được tắt dần trên một bo mạch chủ bằng cách thêm tụ điện tách Dữ liệu thu thập thông qua những thí nghiệm này cho thấy rằng các thành phần tiếng ồn chỉ ít hơn 20 MHz được giảm chết bằng cách tách tụ thêm bên ngoài Kết quả là, các dao động được đề nghị đo băng thông đã được điều chỉnh tới 20 MHz (xem phần 4.2 để biết thêm chi tiết).

3,0 CUNG CẤP ĐIỆN

Trừ khi bằng cách sử dụng một nguồn cung cấp điện 2.8V, cung cấp sức mạnh cốt lõi của bộ xử

lý Pentium với công nghệ MMX 2.8V đòi hỏi một 5V để điều chỉnh điện áp 2.8V hoặc bộ điều chỉnh điện áp 3.3V đến Chân cung cấp điện vào bộ xử lý Pentium với công nghệ MMX được tách thànhVCC2 và VCC3 chân Những pins phải được kết nối một cách thích hợp để đảo bộ

xử lý lõi điện áp và bộ vi xử lý I / O điện áp đảo trên bo mạch chủ Bộ xử lý Pentium MMX công nghệ đòi hỏi 6.5a 2.8V (233 MHz) cho cốt lõi của nó từ các giải pháp cung cấp điện áp 3.3VI / O điện áp được cung cấp bởi hệ thống (hoặc thông qua việc cung cấp điện 3.3V hoặc thông qua bộ điều chỉnh điện áp 3.3V trên bo mạch chủ)thấp.

tách riêng địa phương mạnh mẽ phải được cung cấp để thích ứng với quá trình chuyển đổi và quyền lực chế độ Điều quan trọng là chọn các thành phần cho các mạch điều chỉnh điện áp là chính xác nhất có thể Như hình dưới đây, lựa chọn các thành phần chính xác sẽ cho phép transients điện áp lớn hơn.

VCC Cấu hình điều chỉnh điện áp Độ chính xác

+ Hỗ trợ phần Độ chính xác

+ Drift nhiệt và ảnh hưởng lão hóa

+ Đo điện áp thoáng qua

VCC2 đặc điểm kỹ thuật cho phép một ngân sách điện áp tổng số

200 mV Điều quan trọng là hiểu ngân sách điện áp phải bao gồm bất kỳ độ lệch trong điều chỉnh điện áp, không chính xác của các thành phần của nó hỗ trợ, và hành vi khác không lý tưởng của các thành phần thực tế Khi thiết kế một nền tảng, những yếu tố này DC phải được trừ

từ tổngV.CC ngân sách Mức trợ cấp còn lại nên được nhắm mục tiêu khi đo thoáng qua điện áp (ví dụ được hiển thị tại mục 4.5) Điều quan trọng là lựa chọn điều chỉnh điện áp chính xác và các thành phần hỗ trợ chính xác để cho phép các transients điện áp tối đa.

3.1 Chọn một đơn vị điện cung cấp chính xác

đơn vị cung cấp điện phải cung cấp một giá trị điểm đặt tối thiểu bằng hoặc cao hơn, điện áp đầu vào tối thiểu theo yêu cầu của cơ quan điều Off-kệ-5V đơn vị cung cấp điện với một đặc điểm kỹ thuật chính xác 5% có thể đáp ứng các yêu cầu 4.75V điển hình của hầu hết các nhà quản lý Hình 4 cho thấy rằng một đơn vị cung cấp điện 5V với độ chính xác 10% có thể cung cấp một giá trị điểm đặt thấp như 4.5V và không yêu cầu đầu vào tối thiểu của bộ điều chỉnh điện áp Nếu sử dụng một đơn vị cung cấp điện ít chính xác hơn, các điểm đặt tối thiểu phải được nâng lên để đáp ứng hoặc vượt quá điện áp đầu vào tối thiểu theo yêu cầu của điều chỉnh điện áp Nếu bộ điều chỉnh điện áp đòi hỏi một điện áp đầu vào cao hơn 4.75V, hãy xem xét lựa chọn một đơn vị cung cấp điện chính xác hơn để nâng cao giá trị điểm đặt tối thiểu.

Tách đầy đủ phải được cung cấp giữa các đơn vị cung cấp điện và điều chỉnh điện áp để giảm thiểu bất kỳ tiếng ồn Sự nhiễu loạn trên đơn vị cung cấp điện 5V có thể vượt quá đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị logic TTL nếu điện dung tách là không đủcấp.

3.2 Lựa chọn một điều chỉnh điện áp chính xác

Có hai loại điều chỉnh điện áp chuyển mạch và tuyến tính Quản lý chuyển mạch cung cấp năng lượng bằng cách đập các điện áp và dòng tải, do đó kết quả tản nhiệt thấp hơn và hiệu quả cao hơn Quản lý chuyển đổi tuy nhiên thường đắt hơn và yêu cầu hỗ trợ các thành phần hơn các điều chỉnh tuyến tính Điều chỉnh tuyến tính cơ bản là ngăn điện áp và cung cấp năng lượng bằng cách

"phân chia" các yếu tố đầu vào 5V/3.3V kết quả đầu ra 2.8V Điều chỉnh tuyến tính tiêu tan nhiều quyền lực hơn, nhưng ít đắt tiền và thường yêu cầu thêm hai

(phản hồi) điện trở Trừ khi hệ thống có yêu cầu nghiêm ngặt nhiệt, điều chỉnh tuyến tính thường phù hợp với khối lượng thiết kế cao Cả hai loại điều hòa có thể đáp ứng Vcc2

khoảngđiện ápnếu họ có đầu ra chính xác và các thành phần hỗ trợ chính xác Bảng 2 so sánh hai loại điều chỉnh điện áp và điều chỉnh tuyến tính rẻ hơn so với quản lý chuyển đổi và cũng yêu cầu các thành phần bổ sung ít, nhưng tiêu tan quyền lực hơn.

Một điều không chính xác để lại căn phòng nhỏ chịu thoáng qua Ví dụ, VCC2 thông số kỹ thuật cho phép một giải pháp điều chỉnh điện áp đi chệch chỉ ± 3,5% (2.7V 2.9V) từ điểm đặt điều chỉnh danh nghĩa của 2.8V Tĩnh kỹ thuật chẳng hạn như dòng quy định, trôi nhiệt độ, và điểm đặt ban đầu phải được tổ chức tới 1% nếu thoáng qua bất kỳ là được cho phép ở tất cả Bảng 3 cho thấy độ chính xác mẫu mô-đun điều chỉnh điện áp cho một bộ xử lý Pentium với nền tảng công nghệ dựa trên MMX.

Bảng 2 So sánh điều tiết điện áp

5 đến 12 (thông tin phản

hồi điện trở, thiết bị chuyển mạch MOSFET, điện dẫn,diode, mũ)

5 đến 12 (thông tin phản

hồi điện trở, thiết bị chuyển mạch MOSFET, điện dẫn,diode,

và tốc độ cao cần thiết để đảm bảo một bộ xử lý Pentium mạnh mẽ với nền tảng dựa trên công nghệ MMX Các khuyến nghị đã được dựa trên mô phỏng mở rộng và các phép đo thực nghiệm tần số tách

3.4 Số lượng lớn tách riêng

Đối với các bộ vi xử lý hỗ trợ trên các bo mạch chủ linh hoạt, điện năng tiêu thụ có thể chuyển đổi từ mức thấp đến một mức độ cao hơn nhiều (hoặc ngược lại) rất nhanh chóng Điều này có thể xảy ra trong quá trình thực hiện chương trình bình thường, tuy nhiên, một sự đột biến cao của hiện tại thường xảy ra khi vào hoặc thoát khỏi trạng thái Stop-Grant Một ví dụ khác là khi thực hiện một lệnh HALT gây ra các bộ vi xử lý để nhập AutoHALT

Power Down nhà nước, hoặc chuyển đổi từ HALT trở lại trạng thái Normal (Lưu ý rằng các lực AutoHALT xuống tính năng luôn được kích hoạt ngay cả khi các tính năng quản lý điện khác

không được thực hiện.) Tất cả những ví dụ này có thể gây ra những thay đổi đột ngột trong năng lượng tiêu thụ bởi bộ xử lý Khi các nguồn cung cấp điện áp (điều chỉnh) không thể đáp ứng 1

sự thay đổi tải đột ngột ngay lập tức, số lượng lớn lưu trữ tụ điện với ESR thấp (có hiệu lực dòng kháng) được yêu cầu để duy trì các điện áp cung cấp quy định trong các khoảng thời gian

mà rơi giữa thời gian thay đổi tải của hiện tại và điểm cung cấp sản lượng điện quy định có thể phản ứng với sự thay đổi trong tải Để giảm bớt ESR, nó có thể là cần thiết để đặt các tụ số lượng lớn lưu trữ một số song song

3,5 Tần số tách

Cao Tần Cách ly tách tần số cao là cần thiết để cung cấp một con đường trở kháng thấp ngắn

để các thành phần tần số cao như cọc cao hiện nay để giảm thiểu tiếng ồn Bộ xử lý địa chỉ lớn

và xe buýt dữ liệu ở tần số cao có thể gây ra thoáng qua điện nước dâng, đặc biệt khi lái xe tải điện dung lớn.

Tách tần số cao, tụ điện cảm thấp và liên kết nối được đề nghị cho hiệu suất tốt nhất điện tốc độ cao Điện cảm

có thể được giảm bằng cách rút ngắn các dấu vết bảng mạch giữa bộ vi xử lý và tụ điện tách càng nhiều càng tốt Bề mặt tụ gắn kết thích hợp hơn, như tụ điện với khách hàng tiềm năng dài thêm cảm mạch Các tụ điện nên của RF lớp, với ESR thấp và tự cảm thấp để giảm đột biến

3.6 Cách ly khuyến nghị

Bảng 4 cho thấy bộ vi xử lý tách các khuyến nghị cho các bo mạch chủ linh hoạt cho cả hai bộ xử lý lõi và tôi / O đảo điện áp Này được dựa trên mô phỏng và thử nghiệm của

transients điện áp từ bộ vi xử lý và ảnh hưởng của cách ly bo mạch chủvv).

Spice mô hình (mô hình transients trường hợp xấu nhất hiện nay bao gồm xử lý điện bộ vicảm, điện dung, định tuyến, cách ly, sản lượng điều chỉnh điện áp tự cảm, được sử dụng để ước tính

số lượng của điện dung tách cần thiết cho các bộ vi xử lý điện áp đảothoái.

được thông báo trước khi cam kết bất cứ sự thay đổi nào từ các khuyến nghị tụ điện tách, giải pháp mới được mô phỏng cho sự đa dạng của các biến trong các thành phần, nhiệt độ và tuổi thọ suy

Bảng 4 Tách các khuyến nghị cho Core và I / Oáp đảo

Số lượng giá trị ESR ESL Loại

1 ESR mỗi tụ điện nên được ít hơn 100 mOhms.

2 ESR mỗi tụ điện nên được ít hơn 15 mOhms.

3 ESL mỗi tụ điện (trong đó có 0,7 nH Qua điện cảm mỗi tụ điện) nên được ít hơn 2,7 nH.

4 ESL mỗi tụ điện (trong đó có 0,7 nH Qua điện cảm mỗi tụ điện) nên được ít hơn 2.1 nH.