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讓計算變簡單 | 信号高速路上,華為伺服器是如何繞過那些“坑”的

一台汽車的車速,不僅僅與發動機、底盤、傳動裝置等有關,也與路面的平整程度有關。

與此類似,伺服器的性能及可靠性表現,不僅僅與cpu、記憶體、硬碟等有關,也與信号鍊路的品質有關。伺服器中cpu之間有upi信号鍊路,cpu與外設之間有pcie信号鍊路,cpu與記憶體之間有ddr信号鍊路等。

鍊路品質如果不高,則信号在鍊路上傳輸會導緻信号的衰減、失真,甚至串碼或誤碼,并會導緻信号的重傳,影響信号的傳輸效率,進而影響伺服器的性能甚至可靠性。

以華為8路關鍵業務伺服器為例,其有6000多條信号鍊路,有的鍊路長度超過500毫米。電路闆上bga ball的過孔、電容布放、連接配接器連接配接等,導緻鍊路情況非常複雜,而且在有限的空間内鍊路間還會互相幹擾,鍊路品質的要求就更高了。

今天我們就來看一看,華為伺服器是如何做到信号鍊路的高品質的:

三維立體設計

華為伺服器采用三維立體設計方法:計算節點分布在y空間排列;io子產品前後交錯布局,充分利用x空間;高速連接配接器高密度布放,降低z空間高度。既充分利用實體空間,也盡量降低信号鍊路之間的互相幹擾。 

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▲三維設計模組化

信号在pcb闆上要通過bga ball過孔、電容、連接配接器等部件,信号在穿過上述部件時,阻抗必須保持在一個很小的波動範圍内,這需要對各部件進行三維全尺寸模組化仿真,以及數百次的仿真測試與不斷優化,控制信号的波動範圍在cpu正常工作所必需的最大波動範圍之内。信号要求波動小(也就是要求阻抗一緻性高),對信号鍊路的制造精度也提出了更高的要求,華為伺服器信号鍊路制造技術的精度精确到了0.025毫米,提升了鍊路阻抗的一緻性。

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▲bga ball過孔仿真

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▲電容仿真

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▲連接配接器仿真

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▲阻抗一緻性仿真

在某些極端環境下,如機房溫度或者濕度超過規定範圍時,信号鍊路的阻抗波動将加劇。

華為伺服器除了正常測試外,還包括滿荷運載、溫度循環、電壓超壓和低壓拉偏等非正常環境下的測試,來檢驗鍊路中信号的波動情況。另外,華為伺服器在生産過程中引入了信号數字眼圖檢測技術,這項技術通過分析數字信号高電平與低電平變化的多種序列組合,在時域上将這些序列按某一個基準點對齊,然後将其波形疊加起來,形成類似于眼睛狀的圖形,通過對圖形形狀的分析快速發現其他檢測手段很難識别出的鍊路信号品質不高的單闆,并及時進行回收處理。

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▲數字眼圖的形成

伺服器的高性能與穩定可靠,取決于多方面的因素,信号鍊路的品質是因素之一。華為伺服器通過三維立體設計、仿真優化、0.025毫米精度的制造技術、嚴苛測試以及數字眼圖檢測技術等措施,保障信号鍊路的高品質,進而為伺服器的高性能、高可靠性提供多一份保障。

原文釋出時間為: 2017年6月27日

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