面向千核三維片上網(wǎng)絡拓撲結構的研究.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，隨著半導體工藝技術的飛速發(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)絡的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)總線結構遇到的性能瓶頸問題，并已經(jīng)成為設計多核芯片和多核處理器的主流互連方案。三維集成技術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)絡同時繼承了片上網(wǎng)絡和三維集成的優(yōu)點，成為設計未來千核處理器的理想互連方案。然而由于三維集成TSV技術尚不成熟，TSV的大規(guī)模使

2、用會導致芯片的成品率降低。因此本論文的研究重點是設計面向千核的低密度層間互連的三維片上網(wǎng)絡拓撲結構。
　　本文首先介紹三維片上網(wǎng)絡的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀，歸納并分析三維片上網(wǎng)絡的多種層間互連技術，簡述最具應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)絡拓撲結構以及基于這些拓撲結構擴展而成的三維片上網(wǎng)絡拓撲結構進行總結。針對因TSV制造技術不成熟而引起的三維片上網(wǎng)絡制造成本高，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，能夠將層間TSV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)絡的集成問題，在混合共享垂直鏈路層間互連方案的基礎上，我們以滿足千核網(wǎng)絡性能需求，以及提高網(wǎng)絡擴展能力為目的，提出一種低密度層間互連且易于擴展的三維片上網(wǎng)絡拓撲結構Hcluster。Hcluster通過層間共享鏈路的方式在不影