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28.11.1980

Gesamte Logik des 3081 -Prozessors auf vier Boards untergebracht: Neues Stecksystem macht Kabel überflüssig

STUTTGART (pi) - Der neue Prozessorkomplex IBM 3081 braucht im Vergleich zur 303X-Serie nicht nur weniger Platz und weniger Teile - er kommt obendrein auch mit weniger "Verbindungen" (Kabel, Anschlüssen) aus. Hier die technischen Details der neuen IBM-Maschine:

Ein Prozessorkomplex 3081 besteht aus der Prozessoreinheit 3081, der Prozessorsteuereinheit 3082, der Kühlungseinheit 3087, dem Frequenzumformer 3089, der Systemkonsole 3278 und eventuell mehreren Bedienerkonsolen 3279.

Die Prozessoreinheit IBM 3081 setzt sich aus folgenden Funktionselementen zusammen:

- dem dyadischen Rechenwerk mit zwei Zentralprozessoren, die jeweils mit einem eigenen 32-KB-Pufferspeicher arbeiten;

- dem Zentralspeicher, der in Stufen von 16,24 oder 32 MB ausgebaut werden kann;

- der Externdatensteuerung mit 16 oder 24 Kanälen - jeder mit einer Übertragungsrate bis zu 3 MB pro Sekunde. Alle Kanäle sind mit der Datenstromeinrichtung ausgerüstet, die für den Magnetplattenspeicher 3380 vorgesehen ist. Bis zu vier Kanäle können im Bytemultiplex-Betrieb arbeiten; dann beträgt die Übertragungsrate insgesamt je nach Art der bedienten Geräte zwischen 45 und 500 KB pro Sekunde;

- der Systemsteuerung, die den direkten Zugang des Ein-/Ausgabe-Werks zum Zentralspeicher vermittelt, die Pufferspeicher versorgt und die Speicher-Hierarchie verwaltet.

Fernwartungskonsole eingebaut

Die Prozessorsteuereinheit 3082 nimmt Aufgaben der Betriebsüberwachung, der Betriebsführung und der Wartung wahr. Die initialisiert die Einheiten, schaltet die Funktionselemente zu und ab, versorgt sie mit Mikrocode, vermittelt den Nachrichten- und Kommandofluß zur Systemkonsole, überwacht die Stromversorgung und die Kühlwassertemperatur und hilft bei der Behebung von Hardware-Fehlern.

Die Prozessorsteuereinheit registriert intermittierende Fehler, analysiert Fehlerzusammenhänge und identifiziert schadhafte Baugruppen für gezielte Wartungseingriffe. Sie steuert die eingebaute Wartungskonsole und stellt die Verbindung zur IBM-Fernwartungszentrale her. Die Kühlungseinheit 3087 reguliert den Wärmeaustausch der Prozessoreinheit und stellt das Kühlmittel zur Verfügung. Temperatur und Fluß des Kühlwassers werden von der Prozessorsteuereinheit überwacht.

Der Frequenzformer 3089 stellt für alle Einheiten des Prozessorkomplexes Strom mit einer stabilisierten Frequenz von 441 Hertz zur Verfügung.

Drei verschiedene Konsolen können für unterschiedliche Aufgabengebiete eingesetzt werden.

Neben der Wartungskonsole dient das Datensichtgerät 3278 Modell 2A als Systemkonsole. Sie ist direkt an die Prozessorsteuereinheit angeschlossen. Für die Aufgaben der Betriebsführung werden das Datensichtgerät 3278 und das Farb-Datensichtgerät 3279 eingesetzt. Sie werden über eine Kanal-Steuereinheit angeschlossen.

Herzstück der neuen Packungstechnologie des Prozessorkomplexes 3081 ist das, Thermal Conduction Module" (TCM).

Die TCM-Technik ermöglicht laut IBM eine bisher unerreichte Packungsdichte. Etwa 700 Schaltkreise sind auf einem Logik-Chip vereinigt. Über 100 Logik- und Lokalspeicher-Chips können auf einem Keramikträger (Substrat) mit einer Fläche von 9 x 9 cm plaziert werden. Ungefähr 45 000 Schaltkreise stehen je TCM zur Verfügung. Das entspricht der gesamten Logik einer 370/145.

Heliumgas schützt Chips vor Verunreinigungen

Das Substrat besteht aus 33 Schichten, in die die Signal- und Stromverbindungen für die Chips durch Molybdän-Metallisierung eingebettet wurden. Diese Leitungen stellen die Verbindungen zwischen den Kontaktstiften auf der Unterseite des Substrats und den Chips auf der Oberfläche dar. Die Herstellung des Substrats erfolgt in einem thermischen Prozeß, in dem Keramik und Metall zur selben Zeit zu einer einzigen mehrschichtigen Einheit verschmolzen werden.

Diese neue Mehrschicht-Technik wurde nach IBM-Angaben gewählt, um die Zuverlässigkeit der internen Verbindungen zu erhöhen.

Die höhere Packungsdichte der Chips ermögliche neben einem funktionsorientierten Design eine höhere Leistung. Je nach Funktion der Moduln werden bis zu 118 Chips verwendet. Durch die neue Packungstechnik werden die Signalwege verkürzt.

Das Substrat mit den montierten Chips wird von einer Metallkapsel überdeckt und hermetisch versiegelt. Neben dem Schutz vor mechanischer Beschäftigung ist die primäre Aufgabe der Kapsel die Ableitung der Wärme; zum einen über federbelastete Wärmeleitstempel zu einer wassergekühlten Kühlplatte, zum anderen durch die Heliumgasfüllung, die für einen niedrigen thermischen Widerstand im Kapselgehäuse sorgt und die Chips vor chemischen Verunreinigungen schützt.

Integration von Logik und Speicher

Das neue Kühlsystem und die verbesserte Ableitung der Wärme ermöglichten, sowohl Logik-Chips als auch Speicher-Chips ohne wesentliche Beschränkungen miteinander zu montieren. Durch die stärkere Integration von Logik und Speicher könnten bestimmte bisher der Hardware vorbehaltene Funktionen im Mikrocode untergebracht werden.

Die neue Verbindungstechnik führe, so IBM, nicht nur zu einer besseren Nutzung der Leistungsfähigkeit, sie bringe zudem Fortschritte für Test und Fehlerdiagnose. Jedes Chip kann auch nach der Installation unabhängig von anderen Chips auf dem Substrat getestet werden.

Parallel zur Entwicklung der neuen Mehrschicht-Technik entstand ein neuartiges Steckverbindungssystem, das die Montage der TCMs auf Boards erleichtert, wie IBM erklärt.

Dazu weitere Fakten: Die sechs Signalebenen eines Boards verfügen über annähernd 3500 Verbindungen. Die Übertragung dieser Signale und des Stroms zwischen Board und TCM besorgen 1800 Kontaktstifte auf der Unterseite des Substrats. Die Boards enthalten - dem Design des Substrats entsprechend - 20 Stromversorgungs- und Signalebenen.

Und auf einem Board mit neun TCM-Positionen können fast eine viertel Million Logikschaltkreise und eine halbe Million Speicherstellen untergebracht werden.

Die Boards wiederum werden in einem Logikrahmen zusammengefaßt. Die gesamte Logik der Prozessoreinheit 3081 ist in 26 TCMs auf vier Boards enthalten.

Der Effekt dieses Designs: Nur für sechs Prozent aller Verbindungen in der gesamten Prozessoreinheit werden spezielle Kabel und Anschlüsse benötigt.