[發明專利]一種領域專用的軟件定義晶圓級系統和預制件互連與集成方法

有效

• 申請號: 202011600412.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112736063B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 劉勤讓;鄔江興;李沛杰;沈劍良;呂平;魏帥;張霞;劉冬培;張麗;高彥釗
• 申請（專利權）人: 國家數字交換系統工程技術研究中心;天津市濱海新區信息技術創新中心
• 主分類號: H01L23/528
• 分類號: H01L23/528;H01L23/58
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

本發明提供一種領域專用的軟件定義晶圓級系統和預制件互連與集成方法。該系統包括：位于硅晶圓上的晶上互連網絡和位于硅晶圓外、與所述晶上互連網絡通過晶上微凸點進行連接的外部擴展網絡；晶上互連網絡包括多個晶上互連預制件，各晶上互連預制件采用晶上互連的先進技術進行連接；外部擴展網絡包括外部互連預制件、處理預制件和存儲預制件，所述外部互連預制件、處理預制件和存儲預制件均通過晶上微凸點與所述晶上互連預制件相連接；其中，晶上互連預制件和所述外部互連預制件均為互連預制件，互連預制件、處理預制件和存儲預制件是指將專用領域業務處理的預制件分別按照專用領域業務處理的互連、處理和存儲功能進行劃分而得到的預制件。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種領域專用的軟件定義晶圓級系統，以及應用于該系統的一種領域專用預制件互連與集成方法。

背景技術

隨著集成電路的發展，摩爾定律的延續面臨越來越大的挑戰，集成電路開始進入后摩爾時代，支持異質異構異工藝芯粒互連的晶上系統(System on Wafer，SoW)，可有效破解超大規模芯片和大型信息基礎設施面臨的發展困局，基于SoW的先進互連技術在專用領域能夠發揮極大的作用。如圖1所示為高性能計算、網絡交換、人工智能及5G數據處理等專用領域多個互連晶粒Die的互連模型。可以看出，領域專用的互連模型中，原始需要在ASIC上實現的復雜功能邏輯，經過功能劃分采用多個獨立的預制件通過某種互連協議組合在一起，共同實現原始的復雜功能，這種應用于特定領域的專用預制件的互連與集成方法顯得十分重要。

在專用領域的SoW異構集成系統中，預制件之間通過統一的標準協議進行互連，各個預制件按照統一的標準分別設計，預制件通過TCB的方式進行熱壓焊，從而構建滿足特定領域應用的SoW系統。

在專用的領域，各大公司和團隊對預制件的互連和集成方法進行了研究，并進行了相關產品的開發。Marvell提出一種模塊芯片的概念Mochi，并采用DaisyChain和Point-to-Point兩種互連方式對預制件進行連接；Xilinx在HotChip上采用堆疊技術將KGD(KnownGoodDie)的DRAM與FPGA作為預制件，通過CCIX接口標準進行互連；Intel先后提出AIB，EMIB，Co-EMIB等互連協議，采用先進封裝技術實現預制件的互連；TSMC則采用CoWOS技術設計其自己的預制件系統芯片This，通過Lipcon接口協議的PHY進行互連和擴展；zGlue設計自己的基礎硅基芯片，并基于2.5D/3D封裝技術，按照業務不同進行不同預制件的互連。

當前針對預制件互連技術的研究，主要圍繞兩部分展開：一是先進的封裝技術；二是高效的互連接口協議。其本質是將原先需要依賴先進工藝升級帶來的高性能大芯片分成幾個小芯片預制件進行生產，被分割的小芯片預制件可采用不同的最佳工藝進行生產，然后通過先進封裝技術進行系統互連，這種互連技術允許不同的預制件進行獨立設計，然后通過先進的封裝技術進行各個預制件的互連。

可以看出，現有的預制件互連和集成方法主要是針對特定的應用，采用先進的封裝技術解決異質異構及不同工藝預制件的互連問題，使得預制件的選取和設計不再受同種工藝的限制，但是這種針對某一具體應用而定制的互連系統，不具有普適性，需要針對具體應用的不同重新進行預制件的設計和選取，甚至在專用的領域，即使是功能的略微差異，在有功能變更時，需要對預制件進行重新設計和生產，其互連和集成的方法也根據處理業務的不同而各有差異，難以實現真正意義上的靈活互連。

此外，已有的互連接口標椎需要考慮接口互連的物理規范。在如上所述的諸多設計公司制定的互連標準中，未能解決下游封裝層面異質Die互連上復雜的仿真及測試問題，在領域專用的基于先進封裝的多個預制件互連中，需要耗費極大的精力對多Die的互連進行仿真，且隨著功能的增加及互連預制件的增加，這種復雜的仿真工作將是無法接受的。

發明內容

針對現有的預制件互連和集成方法所存在的應用受限、仿真工作復雜的問題，本發明提供一種領域專用的軟件定義晶圓級系統以及應用于該系統的一種領域專用預制件互連與集成方法。