基于AXIe中PCIe高带宽及多模块的高速同步图形传输系统

概述：E-Beam（电子束）微影技术（Lithography）是下一世代无光罩（maskless）半导体制程。通过无光罩微影技术可使微影制程突破目前20奈米或更小制程的限制。E-Beam 微影系统需要使用极高带宽的数据传输系统，将大量集成电路图案数据，从数据服务器先通过数据传输系统解压缩后，再通过数千条光纤并行传输至 E-Beam 机台，且通道对通道间的时钟偏移（skew）不得大于 2ns。基于高通道高密度及高数据传输带宽的需求，凌华科技采用AXIe平台架构来建置E-Beam 数据传输系统。本文说明如何充分发挥 AXIe平台的特点，来达成此数千通道同步的严格要求。

　　简介

　　如上所述，E-Beam 无光罩式微影技术可突破传统光罩式微影技术的限制。概念上就像一台超高速的打印机。不同于打印机喷出墨水，E-Beam机台的电子枪投射出数千组平行电子束，打印至覆盖有光阻剂的晶圆表面，超过 8，000组电子束会通过 MEMS 数组来控制个别电子束的开关，而每个电子束开关的控制命令，则是通过个别的高速光纤输出通道来做控制，因此会需要超过8，000个光纤输出通道。为避免控制命令不同步造成电路图案失真及错误，系统整体需求为所有光纤通道间数据的时钟偏移不能超过 2ns。

　　可符合经济效益的产出标准为每小时 10片以上，换句话说每6分钟要完成一片晶圆。每一个集成电路光罩档案的数据量可高达 2.5TB，所以另一个挑战是如何实时的将大量数据通过图形传输系统，再通过8，000组以上光纤通道平行输出到E-Beam机台。此数据经系统处理后，可用于控制 E-Beam 系统上的电子束控制数组。为满足这些需求，凌华科技采用基于AXIe系统的FPGA架构解决方案进行数据处理及储存。

　　AXIe的优点

　　AXIe是基于AdvancedTCAR（先进电信运算平台）开放式标准所衍生而来，针对高阶量测仪器应用新制定的标准。基于AXIe所具备的以下特点，此图形传输同步系统因此选定AXIe作为该系统的解决方案：

　　· 6U大尺寸板卡面积，提供足够的空间容纳高密度光纤输出通道电路。

　　· 每槽可提供高达200瓦高功率的电源供应。

　　· 有高性能冷却系统，足以解决高功耗所带来的热能。

　　· 高速PCIe （PCI Express） 总线架构

　　·高扩展弹性，单一AXIe机箱可容纳1到14个插槽，而多组机箱可组成一套大量通道数的同步系统。

　　· 硬件平台管理功能，包括机箱管理控制器、智能型平台管理控制器以及热插入的能力。

　　· 同步化（synchronization）及本地总线（local bus）功能可提供各槽所需的精确频率。

　　图形传输架构

　　图形传输系统包括计算机模块、PCIe 转换器模块、多组数据传输模块、14槽 AXIe 机箱、外接同步信号产生器以及磁盘阵列（RAID）系统，如图2所示。

　　在电子束打印期间，计算机模块通过 6 Gbps 的SAS接口，自数据中心（也就是磁盘阵列系统）实时的存取集成电路图文件至系统上的内存储存。PCIe切换器模块位于分享器插槽（hub slot），提供PCIe 通道自动切换功能，负责将储存于内存的集成电路图文件，通