Server-Designs basieren oft auf einer ganz elementaren Infrastruktur (Bild 1), die Server-Entwickler an die spezifischen Anforderungen verschiedener Märkte anpassen. Welche periphere Hardware-Blöcke, Systemebenen-Interface-Blöcke, BMC-Schnittstellen und sonstigen Komponenten eingesetzt werden, unterscheidet sich von einem Server-Design zum anderen. Entwickler müssen Funktionen wie Power-Management, boardspezifische Glue-Logic oder I/O-Erweiterungen für jeden Servertyp modifizieren. Obwohl die Socket-Funktion #1 keine Rolle für die Payload-Funktionen wie CPU, Festplatte oder Netzwerk spielt, wird sie benötigt, damit alle wichtigen Funktionsblöcke auf der Leiterplatte innerhalb ihrer Betriebsgrenzen arbeiten. Entwickler suchen deshalb ständig nach Wegen, die Kosten und die Komplexität dieser Funktionen zu verringern, ohne die Zuverlässigkeit des Boards zu gefährden.

Socket-Funktion #1 im Detail

Bild 1: Server-Blockdiagramm mit acht PLD-Socket-Funktionen.

Bild 1: Server-Blockdiagramm mit acht PLD-Socket-Funktionen. Lattice

In der Vergangenheit haben Entwickler für die Implementierung der Power-Management-, Steuer- und sonstigen Glue-Logic-Funktionen in der Regel eine Vielzahl diskreter Bauelemente unterschiedlicher Art verwendet. Viele Jahre lang war dies die kostengünstigste Lösung. Mit zunehmender Komplexität der Server-Designs wuchs auch die Anzahl solcher Funktionen, und diskrete Lösungen erforderten immer mehr Bauteile. Wenn sich beispielsweise die Anzahl komplexer SoC-Bauteile auf dem Board ändert, ändert sich unter Umständen auch die Anzahl der Stromversorgungs-, Glue-Logic- und anderer Steuerfunktionen. Das kann signifikante Änderungen an der Logik und beim Timing erforderlich machen. In der Folge verzögern diskrete Lösungen nicht nur die Einführung neuer Server-Hardwaretypen, sondern verursachen auch wegen der zunehmenden Bauteilanzahl immer höhere Kosten.

Hinzu kommt außerdem, dass Design-Änderungen manchmal eine Überarbeitung des gesamten Boards notwendig machen, was zu weiteren Verzögerungen und zusätzlichen Kosten führt. Deshalb wird bei modernen Serversystemen die Socket-Funktion #1 in nichtflüchtige PLDs (Progammable Logic Device) implementiert. Diese PLDs sollen ihren Betrieb aufnehmen, sobald die Betriebsspannung an das Board angelegt wird (instant-on). Die Logikdichte und die Anzahl der zur Implementierung der Socket-Funktion #1 benötigten I/Os ist vom Servertyp abhängig. Deshalb eignet sich eine PLD-Familie mit zahlreichen I/O- und Dichte-Optionen sehr gut zur Implementierung der Funktion #1.

FPGA-Familie Mach-XO3

Bild 2: Schematischer Aufbau der Steuer-PLDs auf der Basis des Mach-XO2/O3.

Bild 2: Schematischer Aufbau der Steuer-PLDs auf der Basis des Mach-XO2/O3. Lattice

Sowohl die Mach-XO3 FPGA-Familie von Lattice als auch deren Vorgänger, die Mach-XO2-Familie (im Folgenden zusammen als Mach-XO2/3 bezeichnet, Bild 2), bieten diese Eigenschaften. Die Mach-XO2/3 Bausteine sind sofort betriebsbereite, nichtflüchtige PLDs mit 640 bis 9400 LUTs (Lookup-Tabelle) und 22 bis 384 I/Os. Diese PLDs lassen sich im System transparent aktualisieren und unterstützen Dual-Boot für den Fall etwaiger Fehler während eines Updates. Sie benötigen nur eine einzige 3,3-V-Betriebsspannung, und der Algorithmus für das Serverboard-Power-Management tritt in Aktion, sobald die Betriebsspannung höher als 2,2 V ist. Dadurch ist das Mach-XO2/XO3 der erste Baustein auf dem Board, der betriebsbereit ist, und der letzte, der beim Herunterfahren funktionslos wird.

Diese Bausteine unterstützen mehrere I/O-Bänke, die einzeln aktiviert/deaktiviert werden können, ohne den Betrieb der übrigen Blöcke zu beeinflussen. Sie eignen sich dadurch für die Integration mehrerer heterogener Funktionen wie beispielsweise die Steuerung mehrerer Betriebsspannungsdomänen, Außerband-Signalisierungen und Stand-by-Steuerungen. Außerdem ermöglichen sie es Entwicklern, ältere Designs um SPI-, I2C- und Timer/Zähler-Schnittstellen zu erweitern und programmierbare Multi-Time/On-Chip-Flash-Konfigurationsspeicher zu unterstützen. Die Bausteine der Mach-XO2/XO3-Familie sind im 5 mm x 5 mm großen QFN- und BGA-Gehäuse mit 1 mm- beziehungsweise 0,80-mm-Lotkugelraster verfügbar.

 

Wie sich ein In-System-Update ohne Unterbrechung des laufenden Server-Betriebs durchführen lässt und wie Mach-XO2/3-PLDs hot-swap-fähige Laufwerke unterstützen, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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