面向千核三維片上網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、近年來多核芯片在數(shù)據(jù)處理方面的作用越來越重要，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，單個芯片上集成的IP核數(shù)目已經(jīng)達到幾十甚至上百。片上網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)遇到的性能瓶頸問題，并已經(jīng)成為設(shè)計多核芯片和多核處理器的主流互連方案。三維集成技術(shù)增加了芯片在垂直方向的堆疊擴展能力，突破了芯片布局平面化的限制。三維片上網(wǎng)絡(luò)同時繼承了片上網(wǎng)絡(luò)和三維集成的優(yōu)點，成為設(shè)計未來千核處理器的理想互連方案。然而由于三維集成TSV技術(shù)尚不成熟，TSV的大規(guī)模使

2、用會導(dǎo)致芯片的成品率降低。因此本論文的研究重點是設(shè)計面向千核的低密度層間互連的三維片上網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
　　本文首先介紹三維片上網(wǎng)絡(luò)的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀，歸納并分析三維片上網(wǎng)絡(luò)的多種層間互連技術(shù)，簡述最具應(yīng)用前景的硅穿孔的制作過程，封裝工藝以及基于硅穿孔實現(xiàn)的三維芯片層間通信方式。隨后對常見的二維片上網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以及基于這些拓撲結(jié)構(gòu)擴展而成的三維片上網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行總結(jié)。針對因TSV制造技術(shù)不成熟而引起的三維片上網(wǎng)絡(luò)制造成本高，成品

3、率低的問題，本文以提高層間互連效率為目的，提出一種混合共享垂直鏈路的層間互連方案。該方案與層間全互連方案相比，能夠?qū)娱gTSV數(shù)目減少50％，可有效提高芯片的成品率，并顯著降低芯片的面積和功耗開銷。為解決千核片上網(wǎng)絡(luò)的集成問題，在混合共享垂直鏈路層間互連方案的基礎(chǔ)上，我們以滿足千核網(wǎng)絡(luò)性能需求，以及提高網(wǎng)絡(luò)擴展能力為目的，提出一種低密度層間互連且易于擴展的三維片上網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)Hcluster。Hcluster通過層間共享鏈路的方式在不影