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)

　　摘要：本文說明如何充分發(fā)揮 AXIe平臺(tái)的特點(diǎn)，來達(dá)成此數(shù)千通道同步的嚴(yán)格要求。

　　E-Beam(電子束)微影技術(shù)(Lithography)是下一世代無光罩(maskless)半導(dǎo)體制程。通過無光罩微影技術(shù)可使微影制程突破目前20奈米或更小制程的限制。E-Beam 微影系統(tǒng)需要使用極高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將大量集成電路圖案數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)服務(wù)器先通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)解壓縮后，再通過數(shù)千條光纖并行傳輸至 E-Beam 機(jī)臺(tái)，且通道對(duì)通道間的時(shí)鐘偏移(skew)不得大于 2ns。基于高通道高密度及高數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求，凌華科技采用AXIe平臺(tái)架構(gòu)來建置E-Beam 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

　　E-Beam 無光罩式微影技術(shù)可突破傳統(tǒng)光罩式微影技術(shù)的限制。概念上就像一臺(tái)超高速的打印機(jī)。不同于打印機(jī)噴出墨水，E-Beam機(jī)臺(tái)的電子槍投射出數(shù)千組平行電子束，打印至覆蓋有光阻劑的晶圓表面，超過 8,000組電子束會(huì)通過 MEMS 數(shù)組來控制個(gè)別電子束的開關(guān)，而每個(gè)電子束開關(guān)的控制命令，則是通過個(gè)別的高速光纖輸出通道來做控制，因此會(huì)需要超過8,000個(gè)光纖輸出通道。為避免控制命令不同步造成電路圖案失真及錯(cuò)誤，系統(tǒng)整體需求為所有光纖通道間數(shù)據(jù)的時(shí)鐘偏移不能超過 2ns。

　　可符合經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)為每小時(shí) 10片以上，換句話說每6分鐘要完成一片晶圓。每一個(gè)集成電路光罩檔案的數(shù)據(jù)量可高達(dá) 2.5TB，所以另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何實(shí)時(shí)的將大量數(shù)據(jù)通過圖形傳輸系統(tǒng)，再通過8,000組以上光纖通道平行輸出到E-Beam機(jī)臺(tái)。此數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)處理后，可用于控制 E-Beam 系統(tǒng)上的電子束控制數(shù)組。為滿足這些需求，凌華科技采用基于AXIe系統(tǒng)的FPGA架構(gòu)解決方案進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及儲(chǔ)存。

　　AXIe的優(yōu)點(diǎn)

　　AXIe是基于AdvancedTCA○R(先進(jìn)電信運(yùn)算平臺(tái))開放式標(biāo)準(zhǔn)所衍生而來，針對(duì)高階量測(cè)儀器應(yīng)用新制定的標(biāo)準(zhǔn)?；贏XIe所具備的以下特點(diǎn)，此圖形傳輸同步系統(tǒng)因此選定AXIe作為該系統(tǒng)的解決方案：

　　● 6U大尺寸板卡面積，提供足夠的空間容納高密度光纖輸出通道電路。
　　● 每槽可提供高達(dá)200瓦高功率的電源供應(yīng)。
　　● 有高性能冷卻系統(tǒng)，足以解決高功耗所帶來的熱能。
　　● 高速PCIe (PCI Express) 總線架構(gòu)
　　● 高擴(kuò)展彈性，單一AXIe機(jī)箱可容納1到14個(gè)插槽，而多組機(jī)箱可組成一套大量通道數(shù)的同步系統(tǒng)。
　　● 硬件平臺(tái)管理功能，包括機(jī)箱管理控制器、智能型平臺(tái)管理控制器以及熱插入的能力。
　　● 同步化(synchronization)及本地總線(local bus)功能可提供各槽所需的精確頻率。

　　圖形傳輸架構(gòu)

　　圖形傳輸系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)模塊、PCIe 轉(zhuǎn)換器模塊、多組數(shù)據(jù)傳輸模塊、14槽 AXIe 機(jī)箱、外接同步信號(hào)產(chǎn)生器以及磁盤陣列(RAID)系統(tǒng)，如圖2所示。

　　在電子束打印期間，計(jì)算機(jī)模塊通過 6 Gbps 的SAS接口，自數(shù)據(jù)中心(也就是磁盤陣列系統(tǒng))實(shí)時(shí)的存取集成電路圖文件至系統(tǒng)上的內(nèi)存儲(chǔ)存。PCIe切換器模塊位于分享器插槽(hub slot)，提供PCIe 通道自動(dòng)切換功能，負(fù)責(zé)將儲(chǔ)存于內(nèi)存的集成電路圖文件，通過PCIe高速數(shù)據(jù)接口傳輸至不同的數(shù)據(jù)傳輸模塊。每個(gè)傳輸模塊均可支持 72 組光纖輸出通道。外部同步信號(hào)產(chǎn)生器則產(chǎn)生一組共同工作頻率及觸發(fā)信號(hào)來讓多個(gè)機(jī)箱可同步運(yùn)作。

　　AXIe 大部分獨(dú)特的功能都被圖形傳輸系統(tǒng)所采用，包括：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及組裝、硬件平臺(tái)管理及監(jiān)控機(jī)制、電源分配機(jī)制、主動(dòng)散熱系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸接口。

　　E-Beam系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)為較為復(fù)雜的同步化，須利用 AXIe STRIG 及 SYNC 信號(hào)，如此可確保點(diǎn)觸發(fā)系統(tǒng)達(dá)成規(guī)定的各槽極精確與低抖動(dòng)的同步化。