3D NoC中TSV和交叉開關(guān)的容錯設(shè)計.pdf

1、隨著集成電路制造工藝的發(fā)展,電子元器件特征尺寸的不斷縮小,單個芯片上可以集成上百個IP核。當(dāng)芯片上IP核數(shù)增多且同構(gòu)模塊和異構(gòu)模塊廣泛結(jié)合以后,總線共享的傳統(tǒng)片上系統(tǒng)的通訊架構(gòu)將面臨許多問題,如可擴(kuò)展性問題、通訊效率問題、功耗和面積等問題。為了解決這些問題,研究學(xué)者們提出了一種新的基于包交換機(jī)制的片上互連結(jié)構(gòu),即片上網(wǎng)絡(luò)(Network-on-Chip,NoC)。它較總線結(jié)構(gòu)具有更好的可擴(kuò)展性、可預(yù)見性和性能。但芯片上的互連線仍然是影響

2、超大規(guī)模集成電路性能和功耗的瓶頸,二維封裝技術(shù)不能滿足芯片高密度組裝的需求,這推動了三維立體封裝技術(shù)的發(fā)展,將3D集成技術(shù)與NoC有機(jī)結(jié)合,形成3DNoC的架構(gòu),進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能,降低功耗。
　　本文基于Mesh型的3DNoC架構(gòu)展開研究,重點介紹了3D-MeshNoC片上通信的相關(guān)知識。并針對片上通信過程中硅通孔(ThroughSiliconVia,TSV)故障問題和TSV路由器延時大功耗高的問題,給出了相應(yīng)的解決方案。

3、r>　　論文的主要研究工作如下:
　　(1)介紹了3DNoC發(fā)展的背景和目的、研究的關(guān)鍵問題以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀;除此之外,還介紹了基于Mesh型的3DNoC結(jié)構(gòu)、交換機(jī)制、容錯技術(shù)和目前3DNoC的研究熱點等相關(guān)知識。
　　(2)在3DNoC中,連接層間相鄰路由器的兩組單向TSV發(fā)生故障,數(shù)據(jù)便不能經(jīng)該通道傳輸。本文提出一種在基于簇的3DNoC中添加雙向TSV的容錯設(shè)計。在這兩組單向TSV間添加一組冗余的可動態(tài)配置的雙向T

4、SV,任何一組單向TSV故障,都可通過配置該雙向TSV來替換故障TSV,繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù),實現(xiàn)容錯。無故障TSV時,也可配置該雙向TSV來幫助傳輸數(shù)據(jù)包,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。實驗結(jié)果表明,該設(shè)計大大減少了數(shù)據(jù)包傳輸延時,增強了系統(tǒng)可靠性。
　　(3)針對TSV路由器延時大功耗高的問題,本文將TSV路由器設(shè)計成雙交叉開關(guān)的架構(gòu),即主交叉開關(guān)(MasterCrossbar)和從交叉開關(guān)(SlaveCrossbar)。TSV路由器的每個輸入