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《合肥工业大学》 2017年
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三维芯片中硅通孔容错技术与存储器堆叠方法研究

李进  
【摘要】:随着纳米级、亚纳米级制造工艺的发展,集成电路的性能迅速提高,传统的芯片设计思想和理念,已经无法满足当前制造行业的发展和集成电路市场的需求,芯片设计行业遇到了前所未有的严峻挑战。三维集成电路的提出,给集成电路行业带来了一个新的研究方向。与传统的二维平面集成电路相比,三维集成电路有着更高的芯片集成度、更密集的布线和更高的性能,被认为是一种很有发展前景的集成电路制造技术。然而,人们对三维集成电路技术的研究还处于初级阶段。无论是理论研究,还是实际应用,也都还面临这诸多问题。硅通孔(Through Silicon Vias,TSVs)作为三维芯片中各层之间的互连线,在整个系统中扮演着极为重要的角色。由于目前制造工艺水平的限制等因素,电路中的TSVs出现故障在所难免,如何修复故障TSVs,保证系统在出现故障时依然能够正常可靠运行,是目前行业研究的重点之一。本文提出了基于互连线线长导向的TSVs分布容错结构设计。根据不同的电路特点,将整个芯片按照信号TSVs的数量分成若干区域,在每个区域中再分配冗余TSVs修复故障,完成容错。基于互连线线长导向的TSVs分布更加符合实际情况;划分区域分配冗余TSVs的方法,有效避免了电路中TSVs密度较高区域线路复杂导致故障难以修复的问题;较短的布线和较低的传输延迟,也降低了整体芯片的功耗。存储器作为集成电路中应用最为广泛的系统之一,是当前行业内的研究热点。更高的集成度、更小的功耗以及更强的性能,都是各大生产厂商竞相追逐的目标。三维堆叠存储器已经作为三维集成电路的先驱大规模量产。存储器的修复问题,一直是行业研究的热点和难点。本文提出了一种基于相邻层的冗余共享修复策略,每层芯片与其上下相邻层之间均通过TSVs连接共享冗余,替换修复故障单元。在此基础上提出了一种新的堆叠方法,将故障数目较多的芯片与较少的交替堆叠,最终形成的堆叠结构中,故障数目较多的芯片均能从相邻层获取冗余。所提方法的硬件开销较小,而且由于每层芯片均能利用相邻上下层的冗余来修复自身故障单元,更加有效地利用了冗余单元,提高了成品率。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP333

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