3D-IC互連的帶寬與傳輸特性分析.pdf

1、3D-IC是一種系統(tǒng)級架構(gòu)的新方法,內(nèi)部含有多個(gè)平面器件層的疊層,并經(jīng)由硅通孔(TSV)在垂直方向?qū)崿F(xiàn)相互連接。由于集成電路的集成度越來越高以及組件的尺寸越來越小,互聯(lián)中的RC時(shí)間常數(shù)將會(huì)變得越來越重要。顯然,這會(huì)很大程度地影響電路的帶寬與速度。本文從3D-IC的功耗模型出發(fā),研究TSV互連及再分布層互連線對系統(tǒng)帶寬的影響。建立適合系統(tǒng)的完整3D-IC模型,并通過眼圖對系統(tǒng)的信號完整性進(jìn)行驗(yàn)證。
　　首先提出了TSV的結(jié)構(gòu),在此基

2、礎(chǔ)上得到了TSV結(jié)構(gòu)的等效電路模型,分別提取了TSV的各個(gè)電學(xué)參數(shù)。并且討論了之前提取的各種參數(shù)對TSV功耗的影響進(jìn)而得出了TSV的功耗模型,對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)合TSV及周邊部件的所有寄生參數(shù),提出了更加完備的物理模型,為之后對TSV的帶寬和衰減分析打下了基礎(chǔ)。
　　對堆疊式TSV和硅中介層互連通過RC時(shí)間常數(shù)進(jìn)行預(yù)測分析。結(jié)合單通道帶寬和不同數(shù)量的信號I/O,對3D-IC通道進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)為700Gb/s的系統(tǒng)帶寬。

3、并且,提出了TSV在高頻下的可擴(kuò)展性模型,在不同的頻段內(nèi),對TSV信道的傳輸特性有著顯著影響的設(shè)計(jì)參數(shù)我們也一一列出并進(jìn)行分析。在時(shí)域分析中,我們通過輸入一組偽隨機(jī)數(shù)列以得到眼圖進(jìn)行分析。當(dāng)工作頻率不斷增加的同時(shí),TSV上傳輸?shù)男盘柕乃p會(huì)越來越嚴(yán)重。通過上述分析,在頻率小于2GHz時(shí),電容是TSV特性的主導(dǎo)因素。另一方面,隨著頻率的增加,在大于2GHz時(shí),再分布層之間的電感效應(yīng)將會(huì)變得更加重要。所以合理的配置TSV以及周邊組件的設(shè)計(jì)參