一種多芯片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多芯片系統(tǒng)，其包括垂直堆疊并且電氣連接的多個(gè)晶片，其中，每個(gè)晶片都包括多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多芯片系統(tǒng)包括至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片和至少一個(gè)定制晶片，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片上的所述多個(gè)功能區(qū)塊由至少一個(gè)定制晶片所共享的功能區(qū)塊組成。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造所述多芯片的方法。
【專利說(shuō)明】
一種多芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明大體上涉及集成電路技術(shù)。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計(jì)，尤其是涉及一種基于晶片復(fù)用的片上系統(tǒng)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前的微處理器設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，設(shè)計(jì)成本也不斷提高。隨著片上系統(tǒng)的集成度的提高，設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本也顯著增加。
[0003]知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)復(fù)用是一種用以降低設(shè)計(jì)成本的技術(shù)。例如，公知的IP復(fù)用的方法包括:(i )寄存器傳輸級(jí)(RTL)復(fù)用，其中，共用功能區(qū)塊的RTL代碼是相同的，設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)它們進(jìn)行物理設(shè)計(jì)，如平面布置、定位和布線；(ii )布局層級(jí)，其中，IP是布局硬宏(layout hard Macro)，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)系統(tǒng)要求將它們放置在晶片上所期望的位置；(iii)基于平臺(tái)的層級(jí)，例如由C.R.0gilvie等人在2003年計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)研討會(huì)的會(huì)議記錄(proceedings of the I CCD)的 “Simplifying SoC design with the customizablecontrol processor platform(利用可定制的控制處理器平臺(tái)來(lái)簡(jiǎn)化SoC設(shè)計(jì))”中所討論的那樣，其中，設(shè)計(jì)的共享部分(例如可定制的控制處理器)是預(yù)先定時(shí)、預(yù)先放置和預(yù)先檢驗(yàn)的，設(shè)計(jì)者可以專注于產(chǎn)品差異化，并且利用專用功能模塊來(lái)填充空白區(qū)域。
[0004]在上述IP復(fù)用方法中，RTL復(fù)用具有最高的設(shè)計(jì)成本，但是在物理設(shè)計(jì)上具有較高的靈活性?；谄脚_(tái)的方法具有最低的設(shè)計(jì)成本，但是對(duì)差異化區(qū)塊限制嚴(yán)格。例如，專用功能區(qū)塊不能超過(guò)為定制所預(yù)留的區(qū)域，如果定制區(qū)域未被充分利用，會(huì)導(dǎo)致區(qū)域浪費(fèi)。布局層級(jí)IP復(fù)用的成本和靈活性介于RTL與平臺(tái)方法之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]增加的芯片集成度不僅提高了設(shè)計(jì)成本，而且導(dǎo)致產(chǎn)量下降，增加了制造成本。在二維(2D)電路中，IP復(fù)用可以被歸類為軟復(fù)用(相同的RTL代碼)和硬復(fù)用(相同的布局)。在這些方法中，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本，但沒(méi)有節(jié)省制造成本。
[0006]為了克服這些缺陷和其他缺陷，本發(fā)明提供一種基于晶片復(fù)用的多芯片系統(tǒng)及其制造方法。共用的功能可以被設(shè)計(jì)和制造在單個(gè)晶片上，所述單個(gè)晶片可以作為基礎(chǔ)平臺(tái)用于不同設(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本。
[0007]在工業(yè)中，同一系列的產(chǎn)品一般都具有相同的架構(gòu)。在這些產(chǎn)品中，一部分功能區(qū)塊是共享的或者共用的，而系統(tǒng)的其余部分則根據(jù)具體應(yīng)用的不同而有差異?；谌S(3D)晶片堆疊技術(shù)，本發(fā)明提供一種基于晶片復(fù)用的片上系統(tǒng)及其制造方法，用以解決上面提到的技術(shù)問(wèn)題。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種多芯片系統(tǒng)，其包括垂直堆疊并且電氣連接的多個(gè)晶片，其中，每個(gè)晶片都包括多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多芯片系統(tǒng)包括至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片和至少一個(gè)定制晶片，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片上的所述多個(gè)功能區(qū)塊由至少一個(gè)定制晶片所共享的功能區(qū)塊組成。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的多芯片系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)最低的設(shè)計(jì)和制造成本，同時(shí)能夠保持設(shè)計(jì)的靈活性。
[0010]在一種實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)定制晶片包括由不被其他定制晶片所共享的專用功能區(qū)塊組成的多個(gè)功能區(qū)塊。在此，由于三維集成電路(3D-1C)技術(shù)可以支持不同尺寸或者屬于不同技術(shù)的晶片的堆疊，所以所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片可以具有相同的或者不同的尺寸，也可以屬于相同的或者不同的技術(shù)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于制造多芯片的方法，所述方法包括:制造一個(gè)晶片作為基礎(chǔ)晶片，所述基礎(chǔ)晶片具有多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多個(gè)功能區(qū)塊由至少一個(gè)定制晶片所共享的功能區(qū)塊組成；制造至少一個(gè)定制晶片，所述至少一個(gè)定制晶片具有多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多個(gè)功能區(qū)塊由不被其他定制晶片所共享的專用功能區(qū)塊組成；堆疊所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片，并且使所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片相互電氣連接；以及使所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片封裝成型為所述多芯片。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述用于制造多芯片的方法還包括:在堆疊所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片之如，檢驗(yàn)所述基礎(chǔ)晶片。因此，對(duì)于每一種新廣品的研發(fā)，基礎(chǔ)晶片都是現(xiàn)成的，設(shè)計(jì)者只需要開(kāi)發(fā)一種子系統(tǒng)，從而大大降低了設(shè)計(jì)成本。本發(fā)明的其他方面和實(shí)施方式將在下文中加以描述。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面參考附圖通過(guò)舉例的方式(但并不限于此)闡述本發(fā)明，其中:
[0014]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多芯片的構(gòu)造方式。
[0015]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的用于制造多芯片的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在參考附圖中所示的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。在下面的說(shuō)明書(shū)中，許多具體細(xì)節(jié)都是用來(lái)提供對(duì)【具體實(shí)施方式】的完全理解。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，所述實(shí)施方式能夠以不帶有一些或全部具體細(xì)節(jié)的方式實(shí)施。在其他實(shí)施例中，公知的步驟和/或結(jié)構(gòu)并未進(jìn)行詳細(xì)闡述，以免不必要地造成【具體實(shí)施方式】難于理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員能理解的是，本次討論僅僅是對(duì)示例性實(shí)施方式的描述，其用意并不在于限制本發(fā)明在示例性結(jié)構(gòu)中具體實(shí)施的較寬范圍。
[0017]圖1示例性地示出根據(jù)本發(fā)明的多芯片例如一種片上系統(tǒng)的構(gòu)造方式。在圖1中示例性地示出基礎(chǔ)晶片10和多個(gè)定制晶片11、12、13，通用的功能模塊(未示出)設(shè)置在所述基礎(chǔ)晶片10上，而專用的功能模塊(未示出)分別設(shè)置在所述定制晶片11、12、13上。
[0018]在IC(集成電路)市場(chǎng)上，一系列產(chǎn)品可能具有相同的架構(gòu)，并且對(duì)于不同的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，芯片的主要部分可能幾乎是相同的。例如在GPU(圖形處理單元)中，一個(gè)產(chǎn)品系列中的音頻和視頻編碼器/解碼器通常是相似的，而CU(計(jì)算單元)的數(shù)目因市場(chǎng)不同(高檔市場(chǎng)、低檔市場(chǎng))而不同。同樣，例如專用于嵌入式系統(tǒng)的基于ARM的SoC芯片共享相同的架構(gòu)，其中，基于ARM的處理器內(nèi)核和存儲(chǔ)器控制器是通用部件，而其它電路根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行定制。
[0019]因此，例如，圖1中的基礎(chǔ)晶片10可以是僅具有通用功能模塊的部分，例如GPU中的音頻和視頻編碼器/解碼器或者基于ARM的處理器內(nèi)核和存儲(chǔ)器控制器。由于所述基礎(chǔ)晶片10僅具有通用的功能模塊，所以所述基礎(chǔ)晶片10可以用作集成電路或者片上系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。
[0020]如圖1所示，可以將至少一個(gè)定制晶片11、12、13與基礎(chǔ)晶片10相連接，以構(gòu)成所需要的多芯片，例如片上系統(tǒng)14、15。例如，在根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，定制晶片11可以與所述基礎(chǔ)晶片10堆疊，其中，在所述定制晶片11上設(shè)置有專用功能模塊，用以實(shí)現(xiàn)專用功能，例如在GPU設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以將多個(gè)專用計(jì)算單元添加到所述定制晶片11上，以實(shí)現(xiàn)具有強(qiáng)大計(jì)算能力的GPU。在圖1所示的第一種實(shí)施方式中，基礎(chǔ)晶片10和定制晶片11堆疊并且連接在一起，并因此可以被制造成具有基礎(chǔ)晶片10的通用功能和定制晶片11的專用功能的片上系統(tǒng)14。所述基礎(chǔ)晶片10和所述定制晶片11例如可以通過(guò)娃直通孔(未示出)相互連接。在圖1中，所述基礎(chǔ)晶片10和所述定制晶片11具有相同的尺寸，但是，三維集成電路(3D-1C)技術(shù)可以支持具有不同尺寸或者屬于不同技術(shù)的晶片的堆疊，因此，所述基礎(chǔ)晶片10和所述定制晶片11也可以具有不同的尺寸。
[0021]類似地，在圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，兩個(gè)定制晶片12、13與所述基礎(chǔ)晶片10堆疊，其中，所述定制晶片12、13具有設(shè)置在它們上面的相應(yīng)的專用功能模塊。所述基礎(chǔ)晶片10和所述兩個(gè)定制晶片12、13堆疊并且連接在一起，并因此可以被制造成具有基礎(chǔ)晶片10的通用功能和定制晶片12、13的專用功能的片上系統(tǒng)15。類似于圖1中所示的第一種實(shí)施方式，所述基礎(chǔ)晶片10和所述定制晶片12、13例如可以通過(guò)硅直通孔相互連接。同樣，所述基礎(chǔ)晶片10和所述定制晶片12、13可以具有相同或者不同的尺寸，并且可以屬于相同或者不同的技術(shù)。
[0022]在圖1中示出的僅僅是兩種示例性的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，可以將多個(gè)不同的定制晶片與所述基礎(chǔ)晶片10堆疊，其中，可以分別在這些不同的定制晶片上設(shè)置不同的專用功能模塊。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式(未示出)中，至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片10上100%的功能區(qū)塊均是由至少一個(gè)定制晶片11、12、13所共有(共享)的功能區(qū)塊，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片10將不包括任何專用功能區(qū)塊。所述基礎(chǔ)晶片10和所述多個(gè)不同的定制晶片可以堆疊并且連接在一起，并因此可以被制造成具有基礎(chǔ)晶片10的通用功能和不同定制晶片的不同專用功能的片上系統(tǒng)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，所述基礎(chǔ)晶片10和所述不同的定制晶片可以通過(guò)硅直通孔或者其他方式例如通過(guò)使用引線接合連接部或者微凸連接部相互連接。此外，所述基礎(chǔ)晶片可以作為基礎(chǔ)平臺(tái)被多次重復(fù)使用，由此，實(shí)現(xiàn)一種基于晶片復(fù)用的片上系統(tǒng)。
[0023]圖2以流程圖示例性地示出一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的片上系統(tǒng)的方法20。如圖2中所不，基礎(chǔ)晶片和定制晶片是分開(kāi)制造的。首先，在步驟21中，制造一個(gè)晶片作為基礎(chǔ)晶片，所述基礎(chǔ)晶片具有多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多個(gè)功能區(qū)塊由至少一個(gè)定制晶片所共享的功能區(qū)塊組成。同時(shí)，在步驟23中，制造至少一個(gè)定制晶片，所述至少一個(gè)定制晶片具有多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多個(gè)功能區(qū)塊由專用功能區(qū)塊組成。在本發(fā)明中，所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片以分開(kāi)的方式制造并且能夠通過(guò)不同的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)。然后，在步驟22中，可以對(duì)所述基礎(chǔ)晶片進(jìn)行優(yōu)化和檢驗(yàn)?？蛇x地，在步驟24中，還可以對(duì)所述至少一個(gè)定制晶片進(jìn)行優(yōu)化和檢驗(yàn)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，所述優(yōu)化和檢驗(yàn)的步驟在必要時(shí)可以省略，例如在所制造的基礎(chǔ)晶片和所制造的定制晶片已經(jīng)足以?兩足要求的時(shí)候。隨后，在步驟25中，堆疊所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片，并且使所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片相互連接。在一些實(shí)施方式中，可以通過(guò)硅直通孔(through-silicon-vias)、引線接合(wire-bonding)或者微凸(micro-bumps)使所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片相互連接。最后，在步驟26中，使所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片封裝成型為具有滿足需要的功能的、基于晶片復(fù)用的片上系統(tǒng)。
[0024]從對(duì)本發(fā)明的上述描述中可以獲知，所述基礎(chǔ)晶片可以在許多產(chǎn)品中共享，從而大大提高了產(chǎn)能，并且降低了每個(gè)晶片的成本。
[0025]優(yōu)選地，在所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片制造完成之后，可以分別對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)化和檢驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)率，并且進(jìn)一步降低了成本。
[0026]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以理解的是，在3D-1C中，片上系統(tǒng)的通用部件可以預(yù)先設(shè)計(jì)在同一晶片上并且加以制造。設(shè)計(jì)者可以使用該通用的基礎(chǔ)晶片作為平臺(tái)，專注于片上系統(tǒng)的差異部分的設(shè)計(jì)和制造。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于每一種新產(chǎn)品的研發(fā)，基礎(chǔ)晶片都是現(xiàn)成的，設(shè)計(jì)者只需要開(kāi)發(fā)專用功能模塊，從而大大降低了設(shè)計(jì)成本。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，可以將不同尺寸的多個(gè)晶片(基礎(chǔ)晶片和定制晶片)進(jìn)行堆疊，并且通過(guò)硅直通孔、引線接合或者微凸使它們相互連接，從而構(gòu)成3D-1C。由于三維集成電路技術(shù)可以支持不同尺寸的晶片的堆疊，因而定制晶片不必與基礎(chǔ)晶片具有相同的尺寸，從而提高了設(shè)計(jì)的靈活性。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，集成在單個(gè)3D-1C中的定制晶片也可以具有不同的尺寸或者使用不同的技術(shù)。
[0029]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，可以針對(duì)這里所描述的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)大量的改進(jìn)方案和變形方案，而它們并未離開(kāi)要求保護(hù)的主題的實(shí)質(zhì)和范圍。因此，本說(shuō)明書(shū)的用意在于，涵蓋這里所描述的不同實(shí)施方式的改進(jìn)方案和變形方案，只要所述改進(jìn)方案和變形方案處于附加的權(quán)利要求和它們的等效方案的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多芯片系統(tǒng)，其包括垂直堆疊并且電氣連接的多個(gè)晶片，其中，每個(gè)晶片都包括多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多芯片系統(tǒng)包括至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片和至少一個(gè)定制晶片，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片上的所述多個(gè)功能區(qū)塊由至少一個(gè)定制晶片所共享的功能區(qū)塊組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)定制晶片包括由不被其他定制晶片所共享的專用功能區(qū)塊組成的多個(gè)功能區(qū)塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多芯片系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)晶片垂直堆疊并且通過(guò)硅直通孔連接部、弓I線接合連接部或者微凸連接部電氣連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多芯片系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片具有相同的尺寸。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多芯片系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片具有不同的尺寸。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多芯片系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片屬于相同的或者不同的技術(shù)。7.一種用于制造多芯片的方法，所述方法包括:制造一個(gè)晶片作為基礎(chǔ)晶片，所述基礎(chǔ)晶片具有多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多個(gè)功能區(qū)塊由至少一個(gè)定制晶片所共享的功能區(qū)塊組成； 制造至少一個(gè)定制晶片，所述至少一個(gè)定制晶片具有多個(gè)功能區(qū)塊，其中，所述多個(gè)功能區(qū)塊由不被其他定制晶片所共享的專用功能區(qū)塊組成； 堆疊所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片，并且使所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片相互電氣連接；以及 使所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片封裝成型為所述多芯片。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片是分開(kāi)制造的。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述方法還包括:在堆疊所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片之如，檢驗(yàn)所述基礎(chǔ)晶片。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述基礎(chǔ)晶片和所述至少一個(gè)定制晶片堆疊并且通過(guò)硅直通孔連接部、引線接合連接部或者微凸連接部電氣連接。
【文檔編號(hào)】H01L25/065GK105893324SQ201510038430
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日
【發(fā)明人】陳國(guó)慶, 謝源
【申請(qǐng)人】超威半導(dǎo)體產(chǎn)品（中國(guó)）有限公司