[發明專利]一種面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器

有效

• 申請號: 201410527927.0
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104243330B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 李麗;傅玉祥;張宇昂;潘紅兵;何書專;李偉;韓峰
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L12/771
• 分類號: H04L12/771
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 陳揚

技術領域

本發明涉及三維片上網絡路由器，尤其涉及一種面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器。

背景技術

隨著芯片上集成密度越來越大，傳統的基于總線互連的設計方法不得不面臨嚴峻的通信瓶頸，片上網絡正是為解決這一問題而提出來的一種新的基于網絡互連的設計方法。另一方面，隨著工藝的進步，全局連線的長延時成為限制芯片性能的重要因素，三維集成技術應運而生。三維集成技術和片上網絡的結合，為未來多核芯片的設計提供了一個方向。

三維片上網絡具有可擴展、集成密度高、全局連線短、芯片面積小、性能好等優點，但是也有制造成本高、散熱不佳等缺點。

三維集成技術即是將芯片垂直堆疊，傳統的封裝技術有系統級封裝(SiP)和層疊封裝(PoP)，最近研究的比較多的是硅穿孔 (Through-Silicon-Via, TSV)技術。由硅穿孔技術制成的垂直連線技術通過在硅上打孔然后注入導電材料，將芯片垂直互連起來。發展TSV技術的主要驅動力在于TSV導線長度短，且電阻和電感更低，從而可以提升信號的傳輸速度，在微縮的趨勢下，這些都是最關鍵的性能因素。三維集成技術相比于二維集成需要一些額外的處理步驟，包括TSV的形成、圓片減薄和晶圓接合。和其他封裝技術相比，TSV垂直導線更短，傳輸速度更快，同時功耗也更低，然而TSV的制造過程更加復雜也更加昂貴，與邏輯器件相比TSV占用了相對較大的芯片面積，同時降低了芯片的成品率，這些都和TSV的數量有著緊密的聯系。

現有的三維片上網絡的路由器垂直方向端口之間的連線數量與水平方向端口之間的連線數量相同，水平方向端口和垂直方向端口采用相同的設計，但是由于垂直方向連線采用成本較高的TSV技術，這樣的設計使得芯片的面積和成本大幅增加。

發明內容

本發明目的在于克服以上現有技術之不足，提供一種面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器，具體有以下技術方案實現：

所述面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器，包括內部控制邏輯、交叉開關以及五個水平方向端口和兩個垂直方向端口，五個水平方向端口，分別是東、西、南、北以及本地端口，兩個垂直方向端口，分別是上、下端口，其特征在于所述片上網絡包括若干片上網絡節點，所述每個網絡節點包括一個帶有網絡接口的處理單元或存儲單元與一個路由器，所述每個處理單元或存儲單元通過所述網絡接口與對應的路由器通信，所述垂直方向的上端口、下端口分別對應連接輸入通道與輸出通道，所述輸入通道采用串入并出移位寄存器電路，所述輸出通道采用并入串出移位寄存器電路。

所述的面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器的進一步設計在于，所述片上網絡由多層芯片堆疊而成，所述每一層芯片包含相同數量的網絡節點，同一層內網絡節點相互之間通過水平連線連接，并按矩陣的網格拓撲方式排布，所述相鄰兩層之間對應位置的網絡節點通過由硅穿孔技術制成的垂直連線連接。

所述的面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器的進一步設計在于，所述并入串出移位寄存器電路由若干并入串出移位寄存器組成，所述并入串出移位寄存器數目與垂直方向由硅穿孔技術制成的垂直連線數量相等，所述并入串出移位寄存器采用交叉間隔輸入，間隔的周期與由硅穿孔技術制成的垂直連線數量相等。

所述的面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器的進一步設計在于，路由器垂直方向端口的輸出端口連接有FIFO存儲器。

所述的面向低密度垂直互連的三維片上網絡路由器的進一步設計在于，串入并出移位寄存器電路由若干串入并出移位寄存器組成，所述串入并出移位寄存器數目與由硅穿孔技術制成的垂直連線數量相等。

本發明的優點如下：

在本發明中，垂直方向端口的輸出通道采用并入串出移位寄存器電路，使得從水平方向端口傳輸來的數據并行輸入、串行輸出，實現了從水平方向端口到垂直方向端口的數據位寬的轉換。對于多位數據的傳輸，采用一組并入串出移位寄存器，移位寄存器數目與由硅穿孔技術制成的垂直連線數量相等。對于并入串出移位寄存器采用交叉間隔輸入，間隔的周期與由硅穿孔技術制成的垂直連線數量相等。本發明通過在三維片上網絡路由器垂直方向端口的輸出通道和輸入通道分別采用并入串出移位寄存器和串入并出移位寄存器，實現了在三維片上網絡垂直連線密度降低的情況下有效、可靠地傳輸數據的目的，且提升了芯片的成品率、減小了芯片的面積以及減少了芯片和三維接合的成本，具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明采用的三維網格片上網絡示意圖。