Die Hercules Stingray Pro wurde mit PCI- und mit VESA-Schnittstelle verkauft. Die hier zu sehende VESA-Schnittstelle ist eine Ausbaustufe der ISA-Schnittstelle und erhöht deren Leistungsfähigkeit. Das war notwendig, da zur damaligen Zeit unter anderem Grafikkarten höhere Anforderungen an die Schnittstelle zum Prozessor und zum Speicher stellten.
Die Grafikkarte enthält neben einem Grafikprozessor, dem Arbeitsspeicher und einem ROM noch einen RAMDAC, der die VGA-Schnittstelle bedient und einen Taktgeneratorbaustein.
Der Prozessor könnte die doppelte Menge Arbeitsspeicher verwalten. Statt der vorhandenen DIL-Bauformen wurden für die zusätzlichen Speicher SMD-Bestückplätze vorgehalten.
Der Grafikprozessor ist ein ARK1000PV, ein
Produkt der Firma ARK Logic.
Laut Wikipedia handelt es sich um den ersten und
einzigen wirklich erfolgreichen Grafikprozessor der Firma.
Mit 2MB Arbeitsspeicher ermöglicht der Grafikprozessor eine Auflösung von 1600x1200 mit 256 Farben. Das vorliegende Modell besitzt 1MB Arbeitsspeicher.
Das Package des Grafikprozessors besitzt 160 Pins.
Das Datenblatt gibt an, dass der Prozessor mit einem "submicron CMOS" Prozess gefertigt wurde.
Die Strukturen zeigen das typische
Zeilenmuster eines Gatearrays. Es sind allerdings Besonderheiten zu erkennen.
Am auffälligsten ist die Aufteilung in zwei nicht ganz gleich große Bereiche.
Unüblich für Gatearrays sind die gerade noch erkennbaren, unterschiedlichen
Abstände der Zeilen, die die Logikblöcke enthalten. Anscheinend hat man die
Abstände so optimiert, dass die notwendigen Verbindungsleitungen zwischen den
Logikblöcken ausreichend Raum haben, ohne zuviel Fläche zu vergeuden.
Gefertigt wurde der Chip von Goldstar Semiconductor.
Es sind die Markierungen von acht Masken zu erkennen.
Die interne Bezeichnung lautete anscheinend GVS45020.
Der Rahmen um das eigentliche Logikarray stellt die Eingangs- und Ausgangsbeschaltung der einzelnen Bondpads dar. Es handelt sich dabei um standardisierte, universelle Beschaltungen, in denen bei der Herstellung der Bereich angeschlossen und damit aktiviert wird, der die gewünschte Funktion darstellen kann. Das kann zum Beispiel eine Eingangsbeschaltung mit Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand sein, aber auch eine Highside-, Lowside- oder Push-Pull-Endstufe. Die zwei größeren Strukturen, die nach oben auf die Bondpads folgen dürften dabei die Ausgangstreiber enthalten, während die feineren Strukturen im dritten Bereich darüber die Eingangsbeschaltung darstellen. Vereinzelt sind die Anbindungen an den eigentlichen Prozessor zu erkennen.
Es existieren auch Pins mit
Sonderaufgaben. Die Bondpads 4 und 5 auf diesem Bild scheinen einen Teil der
Spannungsversorgung darzustellen, da sie direkt den breiten Rahmen kontaktieren,
der sich zwischen den Eingangsbeschaltungen und dem eigentlichen Prozessor
befinden.
Am rechten Rand befinden sich zwei Bondpads, die ebenfalls eine
abweichende Struktur aufweisen. Sie sind ähnlich massiv angebunden wie die
Versorgungspins, allerdings nicht an den inneren Rahmen der Spannungsversorgung,
sondern an einen äußeren Rahmen, der durch die Eingangs- und Ausgangbeschaltung
verläuft. Das kann durchaus sinnvoll sein, um die Ausgangstreiber mit einer
eigenen Spannung zu versorgen und sie so vom Grafikprozessor zu entkoppeln. Es
wird damit unwahrscheinlicher, dass sich die beiden Funktionsblöcke stören.
Die Strukturen der zwei Metalllagen lassen sich gerade noch erahnen. Vermutlich ist deren minimal Strukturgröße noch etwas höher als die der aktiven Bereiche, die sich laut Datenblatt im "submicron"-Bereich bewegen und daher hier nicht mehr aufgelöst werden können.
Die Zeilen, in denen sich die Logikzellen befinden, lassen sich über das inhomogenere Muster der Metalllage identifizieren. Dazwischen sorgen gleichmäßigere Verbindungsleitungen für die gewünschte Verschaltung der Logik.
Folgt man der mittleren Logikzeile von
links nach rechts, so ist im Bereich der großen, vertikal verlaufenden
Spannungsversorgungsleitungen zu sehen wie die horizontalen
Spannungsversorgungsleitungen ein Stück nach unten springen, um die leicht
versetzte rechte Logikzeile versorgen zu können.
Im Bereich der vertikalen
Spannungsversorgungsleitungen befinden sich außerdem Durchkontaktierungen zu den
horizontalen Spannungsversorgungsleitungen. Die linke Durchkontaktierung bindet
die untere Leitung an, die rechte Durchkontaktierung trifft die obere Leitung.
Auf der Platine befindet sich der
Taktgeneratorbaustein CH9294G-N von Chrontel, der Systemtakte zwischen 25MHz und
130MHz erzeugen kann.
Der Taktgeneratorbaustein erzeugt aus einem
14,31818MHz-Quarz die notwendigen Systemtakte. Dazu besitzt er zwei PLL-Zweige,
deren Frequenzen sich von außen digital konfigurieren lassen. Mit einem
Taktsignal arbeitet die Prozessorlogik, während mit dem anderen Taktsignal die
Speicherzugriffe realisiert werden. Zusätzlich wird das Basistaktsignal
ausgegeben.
Die Pins, über die die sich die
Prozessortaktfrequenz einstellen lässt, sind mit dem Prozessor selbst, dem
RAMDAC und mit der Stiftleiste an der Oberseite der Platine verbunden.
Die
Pins, die die Taktfrequenz des Speichers einstellen, können über drei
Bestückoptionen (R35, R36, R37) mit dem Massepotential verbunden werden. Der
Bestückplatz R56 erscheint hier etwas eigenartig, da er im Layout überbrückt ist
und somit sinnlos wird. Die Pins besitzen interne Pull-Up-Strukturen. Mit der
Bestückung des Jumpers R35 ergibt sich eine Taktfrequenz von 60MHz.
Im Layout ist schön zu erkennen, dass der Chip und seine Beschaltung eine eigene Massefläche besitzen. Links im Bild werden die zwei Takte in den Grafikprozessor eingespeist.
Das Die ist sehr symmetrisch aufgebaut, was sich durch die zwei parallel arbeiteten PLL-Stufen erklären lässt.
Der Taktgenerator wurde 1992 von Chrontel entwickelt.
Die Zeichenfolgen 80AZ-003 und CT178G
lassen sich nicht weiter zuordnen.
CT178G war auch auf dem Package
aufgedruckt.
In der unteren linken Ecke des Dies sind unter anderem die Maskenbezeichnungen der zwei Metalllagen abgebildet. Demnach handelt es sich bei der unteren Metalllage bereits um die Revision "G". Bei diesem Halbleiter könnte es allerdings sein, dass nicht so viele Fehlerkorrekturen notwendig waren, sondern schlicht verschiedene Modelle über diese Metalllage abgebildet wurden. So gibt es zum Beispiel Modelle mit unterschiedlichen Frequenztabellen.
Mit diesem Hintergrund erscheint die oben erwähnte Zeichenfolge "CT178G" in einem anderen Licht. Der letzte Buchstabe G könnte für die Revision G der Metalllage 12 stehen. Dann wäre CT178 vermutlich die interne Bezeichnung des Dies.
In den oberen Ecken des Dies befinden sich zwei Gitterstrukturen, die vereinzelte, scheinbar zufällig verteilte Punkte enthalten. Hier könnte es sich um eine Art Masken-ROM handeln, das die Steuerung für die jeweiligen Varianten des Taktgenerators konfiguriert.
Auf der Grafikkarte befinden sich acht RAM-Bausteine vom Typ NN514256P. Insgesamt ergibt sich so eine Speichertiefe von 1MB.
Das Die bietet wenig Überraschungen.
Als RAMDAC arbeitet auf der Platine ein W82C490P-80 von Winbond. Der RAMDAC übernimmt in seinem internen Speicher die über die VGA-Schnittstelle auszugebenden Signale und wandelt sie in Analogwerte. Ein Datenblatt zu diesem Baustein lässt sich leider nicht finden.
An der Oberseite des Packages sind unter
anderem die Konfigurationsleitungen für den Systemtaktgenerator angebunden.
Außerdem befinden sich hier noch weitere Signale, die zum Prozessor und zur
Stiftleiste an der Oberseite der Platine führen.
Gut zu erkennen ist eine
umfangreich entstörte Versorgungsspannung, die von rechts unten über eine Art
PI-Filter, bestehend aus C18, L4, C17 und C15, zugeführt wird.
Zur
VGA-Schnittstelle hin entstören drei PI-Filter die RGB-Leitungen.
Auf dem Die befindet sich ein großes quadratisches Element, das den Speicher des RAMDAC darstellt. Rechts befinden sich die drei Digital-Analog-Wandler für die drei Grundfarben, die über die VGA-Schnittstelle ausgegeben werden.
An der linken Kante des Dies befinden sich
einige Informationen.
Das Design stammt aus dem Jahr 1992 und wurde von
Winbond selbst entwickelt.
KAS195 könnte die interne Bezeichnung des ICs
sein.
Die Buchstabenfolge CCCCA scheint einen Teil der Maskensätze
abzubilden. Demnach wären die beiden Metalllagen bereits zweimal überarbeitet
worden.
In der unteren rechten Ecke befindet sich
die Zeichenfolge W490A.
Es könnte sich um eine Bezeichnung des
Fertigungsprozesses handeln oder der Digital-Analog-Wandler-Teil wurde als
eigenes Design erachtet und trägt daher eine eigene, interne Bezeichnung.
Im Speicher meint man ansatzweise die regelmäßigen, quadratischen Strukturen der einzelnen RAM-Zellen erkennen zu können.
Der Digital-Analog-Konverter besteht aus drei Modulen für die drei Grundfarben.
Links des ersten Digital-Analog-Konverters befindet sich ein Streifen einer Logik wie man sie aus Gatearrays kennt.
Die Eingangssignale erhalten die Digital-Analog-Wandler aus dem darüber liegenden Bereich, der wahrscheinlich eine gewisse Glue-Logik darstellt.
Rechts befinden sich gröbere Strukturen, die analoge Schaltungsteile enthalten könnten. Details über die Funktion lassen sich nicht ergründen.
Auf der Unterseite sind drei massive, über
zwei Bonddrähte angebundene Potentiale zu erkennen. Höchstwahrscheinlich handelt
es sich hier um die Versorgung für die Digital-Analog-Konverter, deren Qualität
wichtig ist für die Qualität des Ausgangssignals.
Rechts neben den
Versorgungspads befinden sich drei ebenfalls massiv angebundene Bondpads.
Hierbei könnte es sich um die RGB-Signale handeln, da jedes Bondpad gut
erkennbar mit einem der Digital-Analog-Konverter verbunden ist.
Die digitalen Daten erhalten die einzelnen Digital-Analog-Konverter anscheinend über siebzehn Leitungen. Die Details der Funktion lassen sich nicht erschließen, der Wandler besteht aber aus sechs Spalten, die alle zum Ausgangssignal beitragen, aber nicht ganz gleich aufgebaut sind.
Das ROM ist ein Winbond W27F256-12.
Für das größere Modell W27C512 findet sich
ein Datenblatt. Nach dessen Inhalt und der Namen der Speicher enthält das
W27F256 32kB Speicherplatz.
Es handelt sich um ein EEPROM, das sich auch
elektrisch löschen lässt.
Das Die zeigt die typischen großen, rechteckigen Speicherbereiche und etwas Steuerungslogik.
Es sind die Bezeichnungen von acht Maskensätzen zu erkennen, die anscheinend bisher nicht überarbeitet werden mussten.
Das Design stammt aus dem Jahr 1993.
Interessanter ist allerdings die
Bezeichnung, die auf den Herstellernamen WINBOND folgt: KB5201.
Es mag sein,
dass der Wunsch Vater des Gedanken ist, aber KB5201 scheint eher für einen
Speicher mit 512kB also für den W27C512 zu sprechen als für den W27C256. Es ist
durchaus denkbar, dass es sich aus Kostengründen bei beiden Speichergrößen um
die gleichen Dies handelt. Treten dann in der Produktion EEPROMs mit einem
Defekt auf, so kann man ihn je nach Ort des Defekts noch mit der halben
Kapazität verkaufen. Außerdem benötigt man so nur einen Maskensatz und hat
größere Batches in der Produktion. In der Steuerungslogik müsste dann eine
Schaltung enthalten sein, die es ermöglicht eine Hälfte des Speichers zu
deaktivieren.
Der Speicherbereich selbst scheint aus 16 Doppelzeilen zu bestehen.
Man meint erkennen zu können, dass jede
Doppelzeile aus 16 Speicherzellen besteht.
Mit dieser Zählweise käme man
allerdings nur auf eine Speichertiefe von 16kB. Es scheint, dass mehr Details
hinter den Strukturen verborgen sind.
Auf Grund der Vermutung, dass es sich beim 256kBit-EEPROM der Grafikkarte um ein eingeschränktes 512kBit-EEPROM handelt, bietet es sich an ein offizielles 512kBit-EEPROM von Winbond, das W27C512P-45Z, zu untersuchen.
Das Die des W27C512P-45Z ist erkennbar anders aufgebaut. Bei genauerer Betrachtung handelt es sich um die gleichen Speicherstrukturen wie beim W27F256-12, die hier allerdings in doppelter Ausführung vorhanden sind. Diese Tatsache spricht dafür, dass das W27F256-12 tatsächlich nur ein 256kBit-EEPROM enthält.
Das Layout stammt aus dem Jahr 1998, die interne Bezeichnung scheint S88028001 zu lauten. Das weist darauf hin, dass die Bezeichnung nicht viel mit der öffentlichen Typbezeichnung und der Größe des EEPROMs zu tun hat.
Außerdem ist der Begriff WinFlash im Die verewigt. Dabei handelt es sich um eine Technologiebezeichnung von Winbond.
