[發(fā)明專利]半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710801528.2
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN109474178B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾劍鴻;葉浩屹;辛?xí)阅?/a>;何思雨;鄒莘劍
• 申請（專利權(quán)）人: 臺達電子企業(yè)管理(上海)有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 11438 北京律智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 邢雪紅;王衛(wèi)忠

本公開涉及一種半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)，包括：一半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片包括：第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)及第一電源變換器控制區(qū)，所述第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)和所述第一電源變換器控制區(qū)形成于所述半導(dǎo)體芯片的第一半導(dǎo)體基板；以及第一電源變換器功率級，所述第一電源變換器功率級位于所述第一半導(dǎo)體基板之外，并與所述第一電源變換器控制區(qū)和所述第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)電性連接；其中，所述第一電源變換器控制區(qū)控制所述第一電源變換器功率級向所述第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)供電。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著人工智能的計算能力越來越強大，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。在此過程中，人工智能的一個重要發(fā)展方向是并行采用不同結(jié)構(gòu)和資源的計算單元進行計算，其需要使用到大量的CPU、GPU、FPGA和ASIC。這些半導(dǎo)體芯片的物理特性伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展將會使得其工作頻率越來越高，需要的電流和功耗越來越大。

因此，為了滿足半導(dǎo)體芯片對計算性能和散熱的要求，給D2D(Direct current todirect current)供電模塊提出了更高的技術(shù)需求：1.D2D模塊將需要給處理器提供更大的電流；2.通過給半導(dǎo)體芯片的多個核心單獨提供供電電壓，降低輕載計算核心的功耗；3.通過快速調(diào)節(jié)供電電壓，降低計算核心在空閑時間內(nèi)的功耗。

圖1示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，該半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)1包括：半導(dǎo)體芯片10，其使用較高的半導(dǎo)體工藝級別為A1，比如14nm；電源變換器控制芯片12，其使用較低的半導(dǎo)體工藝級別為A2，比如180nm；以及電源變換器功率級11，其包含半導(dǎo)體功率開關(guān)管T1和T2及其驅(qū)動器111，還包含其它相應(yīng)的無源器件，例如電感L1、電容C1、變壓器等等。電源變換器功率級11的開關(guān)頻率一般在500KHz左右。在該半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)1中，電源變換器控制芯片12通過控制電源變換器功率級11來給半導(dǎo)體芯片10供電。

為滿足未來芯片的供電需求，意味著電源變換器功率級的工作頻率大幅度提升以滿足更高的功率密度和更快的調(diào)節(jié)能力，比如從現(xiàn)在的500KHz提升至2MHz甚至10MHz以上；也意味著電源變換器控制芯片必須具備更加快速的控制能力，所以其工藝精度A2也需要提升。但是，工藝精度A2的提升往往意味著很高的成本，特別是提升至與半導(dǎo)體芯片類似的精度A1。可是，獨立的電源變換器控制芯片的尺寸往往比較小，其市場體量難以支撐高精度工藝半導(dǎo)體高昂的開發(fā)費用。所以在當下半導(dǎo)體芯片向14nm普及的時候，電源變換器控制芯片普遍還沒有達到60nm。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本申請實施例提供一種半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)，其能實現(xiàn)很高的頻率，代價也較低，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡潔，體積以及可靠性都得以改善。

根據(jù)本申請實施例的第一方案，提供一種半導(dǎo)體芯片供電系統(tǒng)，包括：一半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片包括：第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)及第一電源變換器控制區(qū)，所述第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)和所述第一電源變換器控制區(qū)形成于所述半導(dǎo)體芯片的第一半導(dǎo)體基板；以及第一電源變換器功率級，所述第一電源變換器功率級位于所述第一半導(dǎo)體基板之外，并與所述第一電源變換器控制區(qū)和所述第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)電性連接；其中，所述第一電源變換器控制區(qū)控制所述第一電源變換器功率級向所述第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)供電。

可選地，所述第一電源變換器功率級包括：半導(dǎo)體功率開關(guān)管、驅(qū)動器及無源器件，所述半導(dǎo)體芯片具有驅(qū)動信號發(fā)送引腳，所述第一電源變換器控制區(qū)經(jīng)由所述驅(qū)動信號發(fā)送引腳發(fā)送驅(qū)動信號給所述驅(qū)動器，所述驅(qū)動器根據(jù)該驅(qū)動信號驅(qū)動所述半導(dǎo)體功率開關(guān)管，所述半導(dǎo)體功率開關(guān)管協(xié)同所述無源器件向所述第一數(shù)據(jù)處理功能區(qū)供電。

可選地，所述第一電源變換器功率級采用多相并聯(lián)的開關(guān)電感電路的降壓斬波電路或者開關(guān)電容電路。