[發(fā)明專利]含有可編程計算芯片的可編程門陣列封裝

在審

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN109698691A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 張國飆
• 申請（專利權）人: 杭州海存信息技術有限公司
• 主分類號: H03K19/177
• 分類號: H03K19/177
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出一種可編程門陣列封裝，它含有至少一可編程計算芯片和一可編程邏輯芯片。可編程計算芯片含有多個可編程計算單元，每個可編程計算單元含有一存儲一基本函數(shù)查找表（LUT）的可寫存儲陣列。可編程計算芯片和可編程邏輯芯片垂直堆疊，并通過芯片間連接電耦合。

技術領域

本發(fā)明涉及集成電路領域，更確切地說，涉及可編程門陣列。

背景技術

可編程門陣列屬于半定制集成電路，即通過后端工藝或現(xiàn)場編程，實現(xiàn)對邏輯電路的定制化。美國專利4,870,302披露了一種可編程門陣列。它含有多個可編程邏輯單元（configurable logic element，或configurable logic block）和可編程連接（configurable interconnect，或programmable interconnect）。其中，可編程邏輯單元在設置信號控制下可以選擇性地實現(xiàn)移位、邏輯非、AND（邏輯與）、OR（邏輯和）、NOR（和非）、NAND（與非）、XOR（異或）、+（算術加）、-（算術減）等功能；可編程連接在設置信號控制下可以選擇性地實現(xiàn)兩條互連線之間的連接、斷開等功能。

目前，很多應用均涉及復雜函數(shù)的計算。復雜函數(shù)一般含有多個自變量，它是基本函數(shù)的一種組合。基本函數(shù)含有一個或少數(shù)自變量，其例子包括超越函數(shù)，如指數(shù)（exp）、對數(shù)（log）、三角函數(shù)（sina、cos）等。為了保證執(zhí)行速度，高性能應用要求用硬件來實現(xiàn)復雜函數(shù)。在現(xiàn)有的可編程門陣列中，復雜函數(shù)均通過來固化計算單元來實現(xiàn)。這些固化計算單元為硬核（hard block）的一部分，其電路已經固化、不能對其進行再配置。很明顯，固化計算單元將限制可編程門陣列的進一步應用。為了克服這個困難，本發(fā)明將可編程門電路的概念推廣，使固化計算單元可編程化。具體說來，可編程門電路除了含有可編程邏輯單元以外，還含有可編程計算單元。該可編程計算單元可以選擇性地實現(xiàn)多種函數(shù)中的任何一種。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的是推廣可編程門電路在復雜計算領域的應用。

本發(fā)明的另一目的是提供一種可編程門電路，不僅其邏輯功能可以被定制，其計算功能也可以被定制。

本發(fā)明的另一目的是提供一種計算能力更靈活、更強大的可編程門陣列。

本發(fā)明的另一目的是提供一種芯片面積更小、成本更低的可編程門陣列。

為了實現(xiàn)這些以及別的目的，本發(fā)明提出一種可編程門陣列封裝。它含有至少一可編程計算芯片和一可編程邏輯芯片，它們均集成在同一封裝中。該可編程門陣列封裝還含有多個可編程連接，這些可編程連接分布在可編程計算芯片和/或可編程邏輯芯片中。

可編程計算芯片含有多個可編程計算單元，每個可編程計算單元含有至少一個可寫存儲陣列，該可寫存儲陣列存儲一種基本函數(shù)的查找表（LUT）。可編程計算單元的使用分兩個階段：設置階段和計算階段。在設置階段，根據(jù)用戶需要將所需函數(shù)的LUT加載到可寫存儲陣列中；在計算階段，通過查找LUT來獲得該函數(shù)的值。由于采用可寫存儲陣列，即使同一批次的芯片也可以實現(xiàn)不同的函數(shù)。而且，對于基于多次編程存儲（MTP）陣列的可編程門陣列，由于在不同時段可以對MTP陣列加載不同函數(shù)的LUT，該可編程門陣列能實現(xiàn)可重構計算。

可編程邏輯芯片含有多個可編程邏輯單元，每個可編程邏輯單元從一邏輯運算庫中選擇性地實現(xiàn)一種邏輯運算。此外，可編程連接可以選擇性地實現(xiàn)多種連接中的一種。在復雜函數(shù)的實現(xiàn)過程中，復雜函數(shù)首先被分解為多個基本函數(shù)。然后針對每個基本函數(shù)設置對應的可編程計算單元，使其實現(xiàn)相應的基本函數(shù)。最后，通過設置可編程邏輯單元和可編程連接，實現(xiàn)所需的復雜函數(shù)。