[發明專利]含有可編程計算單元的可編程門陣列封裝

在審

• 申請號: 201710996864.7
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN109684653A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 張國飆
• 申請（專利權）人: 成都海存艾匹科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發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可寫存儲陣列，該可寫存儲陣列存儲一基本函數的查找表（LUT）。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場編程，實現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的計算。復雜函數一般含有多個自變量，它是基本函數的一種組合。基本函數含有一個或少量自變量，其例子包括超越函數，如指數（exp）、對數（log）、三角函數（sina、cos）等。為了保證執行速度，高性能應用要求用硬件來實現復雜函數。在現有的可編程門陣列中，復雜函數均通過來固化計算單元來實現。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多種函數中的任何一種。

發明內容

本發明的主要目的是推廣可編程門電路在復雜數學計算領域的應用。

本發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。

為了實現這些以及別的目的，本發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可編程計算單元陣列，可編程邏輯芯片含有可編程邏輯單元陣列。該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。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函數的查找表（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，根據用戶需要將所需函數的LUT加載到可寫陣列中；在計算階段，通過查找LUT來獲得基本函數的值。由于采用可寫陣列，即使同一批次的芯片也可以實現不同的函數。而且，對于基于多次重復編程存儲（MTP）陣列的可編程門陣列，由于在不同時段可以對MTP陣列加載不同函數的LUT，該可編程門陣列能實現可重構計算。

除了可編程計算單元，可編程門陣列封裝還含有多個可編程邏輯單元和可編程連接。可編程邏輯單元從一邏輯運算庫中選擇性地實現一種邏輯運算；可編程連接可以選擇性地實現多種連接中的一種。在復雜函數的實現過程中，復雜函數首先被分解為多個基本函數。然后針對每個基本函數設置對應的可編程計算單元，使其實現相應的基本函數。最后，通過設置可編程邏輯單元和可編程連接，實現所需的復雜函數。