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 AHCI
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
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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。
表  4 SWICH引脚分类列表