国产IO芯片产品白皮书
江南计算技术研究所
二零一四年一月
1.芯片总体构架
国产IO芯片SWICH是一款完全自主设计的系统芯片,采用65nm工艺生产。SWICH 集成了多层次片上通信结构、高性能PCI-E交叉开关(支持PCI-E Gen2,共24Lane,其中16 Lane可用于PCI-E扩展)、图形图像子系统(包括显示控制部件、二维/三维图形加速部件、高清视频解码加速部件)、DDR2/3存储控制器、高速输入输出部件(包括10M/100M/1G 以太网控制器、USB 2.0多端口控制器、静态存储控制器、多通道高速DMA控制器)、低速输入输出部件(包括AC’97控制器、UART控制器、I2C控制器、SPI控制器、PS/2键盘鼠标控制器)以及系统控制部件等;片内集成符合国家标准的可信密码模块TCM,具有加/解密、签名/验签、密钥处理等密码运算功能,满足系统可信引导和软件的安全认证需求,适用于高安全需要的国产化系列平台产品应用。全片最大工作功耗11.8W。
SWICH系统接口符合各种规范接口要求,可广泛应用于具有标准PCI-E 2.0总线的所有国产化平台产品中。
图1 SWICH结构示意图
2.全片结构
SWICH是一个IO控制型芯片,由多层次片上总线将IO控制部件互连起来。SWICH 的基本结构如图所示。
图2 SWICH基本结构框图
SWICH芯片的功能如下:
1)集成PCI-E开关,1个X8上行端口,2个X8下行端口(可拆分为2个X4端口);2)集成SATAII AHC
I控制器,提供3个SATAII 3Gbps接口;
3)图形图像子系统为独立显存架构,包含DDR3显存(支持64/32位数据宽度、8/16位颗粒)、多通道高速DMA控制器(支持主存和显存之间的数据传输)、图形加速单元GPU(支持2D/3D硬件加速)、视频加速单元VPU(支持MPEG-2/4、H.263/264、WMV、Real Video、VC-1、AVS、DIVX视频格式硬件编解码)、双通道标准DVO 显示输出接口(支持1080P高清显示)、双通道1080P独立显示
4)集成2个10/100/1000M自适应以太网GMAC接口(不集成PHY),支持IEEE 802.3标准和以太网标准,支持GMII与/RGMII两种接口;
5)集成6个USB 2.0接口,支持480Mbps/12Mbps两种速率;
6)集成1个64位或32位宽DDR2/3存储控制器;
7)集成AC’97声卡接口,提供5.1声道;
8)集成可信计算模块,内含ECC算法模块、HASH算法模块、对称算法模块等;
9)集成智能维护控制部件,实现系统上电、复位、运行状态监测与核心芯片在线维护。
3.解决方案
国产IO芯片SWICH将为国产安全平台提供高集成度的系统解决方案。如图1-3所示的国产IO芯片SWICH系统解决方案,其中显示接口DVO需要外接VGA DAC、HDMI
接口芯片、LVDS接口芯片来适用不用的显示器,AC97 AC-link需要外接AC97 CODEC
芯片接音响,以太网控制器要通过GMII/RGMII 接口接10/100/1000M MAC PHY 外,其它接口都集成的PHY ,可以直接出相关设备接口。SWICH 出3个SATA II 接口,可以接SSD 、SATA 磁盘、SATA 光驱;最多可以扩展出2个PCI-E 8X Gen2(或4个PCI-E 4X Gen2)接口,用于PCI-E 显卡、网卡等设备扩展;可扩展出6个USB2.0(兼容USB1.0)的设备接口,可外接摄像头、WIFI 模块、蓝牙模块等USB 外设。
国产IO 芯片SWICH 采用PCI-E Gen2 8X 的系统接口,芯片内各设备接口采用商用IP 实现,符合标准规范。SWICH 可应用到各种采用PCI-E Gen2作为IO 接口的处理器系统中。
支持可信计算NOR Flash PCI-E 8X 扩展槽PCI-E 4X 扩展槽最多4个
图3 国产IO 芯片SWICH 系统解决方案
4. 硬件接口简述
SWICH 是一款高性能外围接口,内部集成了1个32/64位DDR3 SDRAM 控制器,可实现10.664GB/s 峰值访存带宽;三个标准PCI-E 2.0 ×8接口,可实现双向24GB/s 扩展IO 带宽;两个1000/100/10Mb/s 以太网接口,可实现双向250MB/s 访问带宽;3个SATA2.0接口,可实现双向2.25GB/s 访问带宽;6个USB2.0接口,可实现双向720MB/s 访问带宽;集成2个24位DV0接口,最高工作频率180MHz 。另外芯片对外提供一个自定义维护串口和标准JTAG 测试接口。
SWICH 采用FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array )封装,对外接口引脚总数为1296根,其中1.0V 电源有90根,1.5V 电源有29根,1.8V 的电源有3根,2.5V 的电源有18根,3.3V
的电源有12根,地引脚的数量有354根,信号数量为784根(包括模拟电源和地),8根空引脚。具体参见表4。ac97
表  4 SWICH引脚分类列表