新一代AXIe架構實現高速圖形串流系統

電子束(E-Beam)微影技術是下一世代無光罩的半導體製程。透過無光罩微影技術可使微影製程突破目前20奈米或更先進製程的限制。E-Beam微影系統需要使用極高頻寬的資料串流系統，將大量積體電路圖案資料，從資料伺服器先透過資料串流系統解壓縮後，再經由數千條光纖平行傳輸至E-Beam機台，且通道對通道間的斜率不得大於2ns。基於這種高通道密度及高資料傳輸頻寬的需求，透過採用新一代AXIe平台架構及其具備PCIe高頻寬與多模組同步傳輸的特點，能夠建置具有數千通道同步要求的E-Beam資料串流系統。

E-Beam無光罩式微影技術突破傳統光罩式微影技術限制的概念，可用一台超高速印表機來說明。不同於印表機噴出墨水，E-Beam機台的電子槍投射出數千組平行電子束，打印至覆蓋有光阻劑的晶圓表面，超過8,000組電子束會經由微機電系統(MEMS)陣列來控制個別電子束的開關，而每個電子束開關的控制命令，則是透過個別的高速光纖輸出通道來做控制，因此需要超過8,000個光纖輸出通道。為了避免控制命令不同步造成電路圖案失真及錯誤，系統整體需求為所有光纖通道間資料的斜率不能超過2ns。

可符合經濟效益的產出標準為每小時10片以上，換句話說每6分鐘要完成一片晶圓。每一個積體電路光罩檔案的資料量可高達2.5TB，所以另一個挑戰是如何即時將大量資料經由圖形串流系統透過8,000組以上光纖通道平行輸出到E-Beam機台。此一資料經系統處理後，可用於控制E-Beam系統上的電子束控制陣列。透過採用一款基於AXIe系統的FPGA架構解決方案進行資料處理及儲存，能夠滿足這些需求。

AXIe開放架構

AXIe是基於AdvancedTCA(先進電信運算平台)開放式標準演進而來，是針對高階量測儀器應用新制定的標準。基於AXIe具備的以下特點，此圖形串流同步系統因而選定AXIe作為該系統的解決方案：6U大尺寸板卡面積，提供足夠的空間容納高密度光纖輸出通道電路；每槽可提供高達200瓦高功率的電源供應；高效能的冷卻系統，足以解決高功耗所帶來的熱能；高速PCIe(PCI Express)匯流排架構；高擴充彈性，單一AXIe機箱可容納1到14個插槽，而多組機箱可組成一套大量通道數的同步系統；硬體平台管理功能，包括機箱管理控制器、智慧型平台管理控制器以及熱插拔的能力；同步化及本地匯流排功能可提供各槽所需的精確時脈。

圖形串流架構

圖形串流系統包括電腦模組、PCIe切換器模組、多組資料串流模組、14槽AXIe機箱、外接同步訊號產生器以及磁碟陣列(RAID)系統，如圖2所示。

在電子束打印期間，電腦模組經由6Gbps的SAS介面，自資料中心(即磁碟陣列系統)即時存取積體電路圖檔至系統上的記憶體儲存。PCIe切換器模組位於分享器插槽，提供PCIe通道自動切換功能，負責將儲存於記憶體的積體電路圖檔透過PCIe高速資料介面傳輸至不同的資料串流模組。每個串流模組均可支援72組光纖通道。外部同步訊號產生器則產生一組共同工作時脈及觸發訊號讓多個機箱可同步運作。

AXIe大部分獨特的功能都被圖形串流系統所採用，包括機構設計及組裝、硬體平台管理及監控機制、電源分配機制、主動散熱系統以及資料傳輸介面。

E-Beam系統機箱內較為複雜的同步化，必須利用AXIe STRIG及SYNC訊號，如此可確保點對點觸發系統為各插槽實現高精確度以及低抖動同步化。

圖2：串流系統架構