浅谈通用型时脉产生器技术

通用型PC时脉（universal PC Clock）是华硕电脑（Asustek）与Cypress合作开发的，目的在于研发出通用时脉产生器（Universal Clock Generator），以支援多种PC平台。此全新时脉必须能够适用于AMD或Intel提供的任何种类处理器，以及Intel、威盛电子（VIA）与硅统科技（SiS）的晶片组。这个理念显然背离正常的市场模式，因为目前PC时脉都是依主机板类型而特别设计的。因此，可以发现针对同一世代的Intel处理器与晶片组，就有多达50种的专用时脉。

所以，是什么原因让这家全球主机板领导厂商想要改变现状并投入开发「通用型」时脉装置呢？本文将尝试从这项决策背后的商业考量来观察，并描述通用型时脉到底是如何运作的。

发展通用型时脉的利润考量
发展通用型时脉的第一个理由其实是考量到PC时脉市场的本质。由于PC主机板市场竞争激烈且变化多端，如果晶片组供应商无法依约定时程出货的话，就会严重影响PC主机板制造商的产品交期与获利的能力。这问题让许多主机板制造商希望有能力可以改变其既有的平台。主机板上的许多元件和搭配的处理器或晶片组型号并无相关性，所以许多主机板电路图与配置的模组化设计方法其实可以在每次设计中重覆使用。然而，唯一例外的是专门配合处理器与晶片组的运作主要时脉产生器。时脉电路图（clocking schematic）在主机板的设计中是相当关键的一部分，若设计不适当，则可能会造成主机板无法运作。

因此，关键设计资源必须运用在主机板的时脉线路区块中的时脉线路设计与时脉晶片的验证上。这表示如果PC主机板厂商现有的产品配套需要快速改变时，时脉的部分就可能是一大阻碍，因为他们需要多花时间与精力去重新设计时脉线路。而通用型时脉让厂商们不用因为不同的平台而重新设计，并提供简单的剪贴操作方法即可进行时脉线路设计。厂商藉此可拥有快速完成设计的能力，进而能够即时推出符合市场需求的产品。

需要通用型时脉的第二个理由是因为其适用于各种专用PC时脉。虽然厂商可以快速完成PC时脉的设计，但由于它是类比元件，因此其效能常常因无法预测而造成晶片与主机板需要重新设计。这中间造成的延迟可能导致PC制造商无法达成下游客户所要求的出货时程。然而，上市时程就等于获利时程，由于通用型时脉能适用于多种平台，所以也就不会受到硅晶圆制造时程的影响；另外也因为主机板上的时脉设计可以重复使用，所以主机板时脉无法运作的风险也可降至最低。

需要通用型时脉的最后一个原因是关于零组件库存管理与成本控制。通用型时脉让PC主机板厂商可减少将近90％不同时脉元件的库存量，不但在管理上更为容易，并让其拥有更大的价格优势。

 通用型时脉的运作方式
通用型时脉最大的好处就是使用简易。所有设定都是透过针脚进行选择，因此在电源开启时，时脉就能进入正确的设定，避免系统因为软体载入时所造成的延迟和时脉设定所造成的不稳定情况发生。另外，专门连接至处理器或晶片组的针脚都以多工合併的方式，来减少封装针脚的数目，而在使用上也更简易。为了更深入瞭解通用型时脉的运用，以支援Intel、VIA与SiS晶片组的主机板为例，说明所需的设定内容。

支援Intel处理器及Intel晶片组的整合式绘图晶片之设定内容。(图一)所示为一般的系统方块图。
　

(图一)　以Intel Pentium D架构为基础的Intel主机板设计，并搭配通用型时脉
　

在这套组态设定中要将SELP4_KP针脚设定成逻辑层级「1」，让CPU缓冲器设定成具备0.7V输出的Intel Type SR缓冲器。另外，需要设定SEL [1:0]为逻辑层级「01」，这样会使得DOT96/LINK/SATA针脚能输出DOT96（供Intel整合式绘图晶片使用的96MHz DMI时脉输出），并且也会使得PCIE/SATA针脚成为100MHz SATA1.0/2.0输出，以支援硬碟存取。如果Intel平台支援外接式绘图卡，SEL[1：0]就应该要设定成逻辑层级「11」，如此就会将DOT96/LINK/SATA转变成SATA输出，并且将PCIE/SATA转换成为100MHz PCIE的输出时脉，以支援扩充的周边装置。

(图二)为支援VIA平台的设定方式。
　

(图二)　搭载Intel处理器以及通用型时脉的VIA主机板设计

支援内建Intel P4处理器的VIA晶片组时，只需要将SELP4_K8设定成「1」；而当支援内建AMD K8处理器的VIA晶片组时，则需将SELP4_K8设定成「0」。AMD的CPU是固定以200 MHz的3.3V输出。接着，需要设定SEL[1：0]为逻辑层级「10」，不仅让DOT96/LINK/SATA针脚得以输出VLINK（66MHz时脉输出端能支援VIA南北桥晶片之间的主要通讯连结）；也能让PCIE/SATA针脚支援100MHz PCI Express，这是因为VIA的平台需要额外的PCIE输出。此外，一些VIA晶片组可透过SEL24_48的独立针脚选择，以24MHz或48MHz输出支援USB装置。

最后是支援SiS晶片组的设定。(图三)所示为一般的SiS设定方式。
　

(图三)　採用AMD K8处理器与通用型时脉的SiS主机板设计
　

支援内建Intel P4处理器的SiS晶片组时，只需要将SELP4_K8设定成「1」；而当支援内建AMD K8处理器的SiS晶片组时，则需将SELP4_K8设定成「0」。接着，可将SEL [1：0]设定成逻辑层级「00」，让DOT96/LINK/SATA针脚可输出MULTOL（133MHz时脉输出端可支援SiS南北桥晶片之间的主要通讯连结）；并能让PCIE/SATA针脚成为100MHz SATA1.0/2.0的输出模式来支援硬碟存取。

另外要注意的是，若上述这些范例是以笔记型电脑为平台，只需要将模式针脚（mode pin）由「0」切换成「1」即可。这样一来就会启动CPU stop针脚和PCI stop针脚，以及用来关闭PCIE时脉的clock request pins，以节省笔记型电脑的耗电量。

因此，要设定通用型时脉装置，只要执行下列步骤即可：
步骤一：选择您的平台类型
针脚名称
桌上型电脑
笔记型电脑
模式
0
1
步骤二：选择您的处理器
针脚名称
AMD
Intel
SELP4_K8
0
1
步骤三：选择您的晶片组。
SEL1
SEL0
Link/DOT/SATA
SATA/PCIE
晶片组平台
0
0
LINK(MULTOL)
SATA
SiS
0
1
DOT
SATA
Intel w/ Gfx
1
0
VLink
PCIE
VIA
1
1
SATA
PCIE
Intel w/o Gfx

通用型时脉使用很简单，而且也是解决现有产品组合、库存管理以及重新设计等问题的经济型解决方案。显而易见的，对PC主机板设计人员而言，通用型时脉将会成为设计中的一部分。