[發(fā)明專利]鄰近光存儲(chǔ)器模塊

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980122348.5
• 申請(qǐng)日: 2009-05-05
• 公開（公告）號(hào): CN102089826B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·S·弗里斯特;R·J·德羅斯特;R·霍;I·E·薩瑟蘭德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 甲骨文美國公司
• 主分類號(hào): G11C5/00
• 分類號(hào): G11C5/00;G11C7/22;H01L23/48;H01L25/065
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所11256
• 代理人: 王茂華,董典紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及組合成存儲(chǔ)器模塊的多個(gè)集成電路存儲(chǔ)器芯片的集成。具體地，本發(fā)明涉及包括存儲(chǔ)器芯片、光接口和鏈接它們的鄰近通信系統(tǒng)的存儲(chǔ)器模塊。

背景技術(shù)

當(dāng)今的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遭受著處理能力與存儲(chǔ)器帶寬之間的差異。由于增加的晶體管數(shù)量和速度(其由晶體管尺寸的光刻縮放支持)，在過去的二十多年片上處理性能每年改進(jìn)大約40％。相反，由于封裝管腳數(shù)、板布線密度和通道速度的有限改進(jìn)，主存儲(chǔ)器的片外帶寬的增長(zhǎng)要緩慢得多，在此期間每年大約10％。減少性能上的這種差距的技術(shù)挑戰(zhàn)在于提高主存儲(chǔ)器的帶寬。

通常對(duì)于所有高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都存在這種問題，但是該問題在多核處理器中尤其嚴(yán)重。在這些處理器中，單個(gè)芯片同時(shí)執(zhí)行數(shù)十個(gè)軟件線程。帶寬的改進(jìn)對(duì)于防止這些線程必須得在存儲(chǔ)器上等待來自不同線程的訪問是至關(guān)重要的。另外，多核處理器要求的存儲(chǔ)器空間比單核處理器要大得多，用于支持許多獨(dú)立線程的同時(shí)執(zhí)行。由于將存儲(chǔ)器模塊對(duì)接到存儲(chǔ)器控制器存在困難，現(xiàn)有存儲(chǔ)器模塊在擴(kuò)展到數(shù)百吉字節(jié)存儲(chǔ)器方面存在挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有存儲(chǔ)器模塊技術(shù)，諸如雙倍數(shù)據(jù)速率2(DDR2)或雙倍數(shù)據(jù)速率3(DDR3)雙線存儲(chǔ)器模塊(DIMM)，通常包括安裝在小印刷電路板上的多個(gè)存儲(chǔ)器芯片(通常為動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DRAM))和存儲(chǔ)器接口芯片，該小印刷電路板包括在該板中形成的電互連。然而，這種模塊受印刷電路板中的帶寬、功率以及布線通道與連接器的數(shù)量的限制。

將串行鏈路覆蓋在這些通道上的技術(shù)，諸如全緩沖DIMM(FBDIMM)和Rambus存儲(chǔ)器模塊，按通道改進(jìn)電信令性能，但仍然受板布線通道或纜線通道以及帶寬對(duì)功率與帶寬對(duì)距離的電權(quán)衡的限制。可以在光全緩沖模塊中用存儲(chǔ)器控制器與存儲(chǔ)器模塊之間的光接口替代電接口。光通信向該接口提供功率和帶寬度量方面的很大改進(jìn)，但是會(huì)容易地超過模塊中受常規(guī)面向管腳的連接限制的存儲(chǔ)器芯片的I/O帶寬。

存儲(chǔ)器模塊的常規(guī)設(shè)計(jì)的帶寬受多種因素限制。例如，印刷電路板中接口與多個(gè)存儲(chǔ)器芯片之間的并行電互連的數(shù)量(即，總線寬度)受線中并行連接器節(jié)距的限制，當(dāng)前受限于140至190微米的節(jié)距。有限的互連數(shù)量促使典型DRAM芯片的設(shè)計(jì)包括針對(duì)芯片上多個(gè)存儲(chǔ)器體的單個(gè)I/O端口，在存儲(chǔ)器周期期間只可以訪問該多個(gè)存儲(chǔ)器體中的一個(gè)存儲(chǔ)器體。

因此，期望將存儲(chǔ)器模塊的內(nèi)部帶寬與光通道提供的較大外部帶寬相匹配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的某些實(shí)施方式提供了多芯片存儲(chǔ)器系統(tǒng)，該多芯片存儲(chǔ)器系統(tǒng)包括具有光I/O端口的接口芯片和通過鄰近通信互連的電存儲(chǔ)器芯片，該鄰近通信包括在芯片上形成的成對(duì)的發(fā)送和接收元件，并且當(dāng)芯片堆疊在一起時(shí)，使得在該成對(duì)的發(fā)送和接收元件之間通信。該接口芯片在外部光通道與內(nèi)部鄰近通信系統(tǒng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)譯。該接口芯片可以連接到一個(gè)或多個(gè)外部光纖或其他光通道，并且包括光電轉(zhuǎn)換器和電光轉(zhuǎn)換器。

在某些實(shí)施方式中，該接口芯片還可以包括針對(duì)輸入和輸出兩者的電子緩沖器。

在某些實(shí)施方式中，發(fā)送和接收元件是在芯片表面上形成的金屬焊盤，并且當(dāng)芯片裝配有中間電介質(zhì)層時(shí)，該金屬焊盤形成電容器。

在某些實(shí)施方式中，所有芯片置于襯底上，并且橋接芯片置于該芯片的相鄰芯片之上以及它們之間，用于形成有源芯片與橋接芯片之間的鄰近通信系統(tǒng)。該橋接芯片可以是無源的，并且僅作為通信路徑。

在其他實(shí)施方式中，某些芯片在其電容性焊盤朝上的情況下置于襯底上，并且其他芯片在其電容性焊盤朝下的情況下置于朝上芯片的相鄰芯片上和其之間，用于作為有源橋接芯片并且形成芯片之間的鄰近通信系統(tǒng)。

在某些實(shí)施方式中，以多個(gè)存儲(chǔ)器芯片的線性陣列來形成接口芯片和存儲(chǔ)器芯片，該多個(gè)存儲(chǔ)器芯片布置在接口芯片的兩個(gè)相對(duì)邊的每一邊上并且通過鄰近通信系統(tǒng)互連。

在一個(gè)實(shí)施方式中，存儲(chǔ)器芯片置于接口芯片四邊的每一邊上，并且通過相應(yīng)的鄰近通信通道與該接口芯片耦合。

在其他實(shí)施方式中，存儲(chǔ)器芯片以二維陣列布置在接口芯片周圍，并且通過鄰近通信網(wǎng)絡(luò)相互連接并且與接口芯片的四邊連接。該鄰近通信網(wǎng)絡(luò)可以包括到存儲(chǔ)器芯片的一邊、兩邊、三邊或四邊的鏈路，用于形成冗余網(wǎng)絡(luò)。

在其他實(shí)施方式中，多個(gè)接口芯片置于存儲(chǔ)器芯片的二維陣列中的襯底上，形成冗余鄰近通信網(wǎng)絡(luò)。

在某些實(shí)施方式中，多個(gè)存儲(chǔ)器芯片置于接口芯片的一個(gè)或更多邊的每一邊上，并且通過相應(yīng)的鄰近通信通道與該接口芯片連接。