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用于管芯上互连的体系结构制造技术

技术编号:13251838 阅读:81 留言:0更新日期:2016-05-15 14:40
在一种实施方式中,一种装置包括:在半导体管芯上配置的多个岛,所述多个岛中的每一个具有多个核;以及在半导体管芯上配置的多个网络交换机,且每一网络交换机与所述多个岛中的一个相关联,其中每一网络交换机包括多个输出端口,第一组输出端口均经由点对点互连耦合到一个岛的关联的网络交换机,且第二组输出端口均经由点对多点互连耦合到多个岛的关联的网络交换机。描述且要求保护其他实施方式。

【技术实现步骤摘要】
在根据能源部第B600738号合同的政府支持下作出本专利技术。政府拥有本专利技术中的某些权利。
本公开内容涉及计算系统,且尤其涉及(但不限于)管芯上互连。附图说明图1A是根据本专利技术的一种实施方式的处理器或SoC的核的集合或编组的框图。图1B是根据一种实施方式的多个处理器岛的框图。图2是根据本专利技术的一种实施方式的SoC或其他处理器的框图。图3是根据本专利技术的一种实施方式的网络交换机的框图。图4是根据本专利技术的一种实施方式通过网络交换机路由分组的方法的流程图。图5是根据本专利技术的一种实施方式的系统的框图。图6是可以使用各实施方式的示例系统的框图。图7是可以使用各实施方式的另一示例系统的框图。图8是根据一种实施方式的片上系统的框图。图9是根据本专利技术的一种实施方式的系统的框图。具体实施方式随着计算技术的进步,在单个半导体管芯上获得更大量的计算容量变得可行。当前,可以获得具有4、8或更多个核的多核处理器。据预测,未来的处理器可以把数百或甚至数千个小计算核集成到单个硅片上。然而,当前的管芯上互连结构不能高效地扩展到如此大量的节点,尤其是不能在提供可接受带宽的同时拥有最小功耗和延迟时间。包括2维网格、环形总线或环形网格拓扑的常规的网络拓扑不能高效地扩展为用于此类预测的处理器,这主要是由于网络中的大量中间跨跳(hop)和缓冲,引起了过多的延迟时间和高昂的功耗。<br>在各种实施方式中,提供了用于利用丰富互连资源的管芯上互连拓扑,这些互连资源由最新水平的半导体工艺技术和金属叠层的分层累积的独特延迟时间/能量/带宽/中继器间距特性提供。以这种方式,根据一种实施方式的互连结构可以以低延迟时间/能量和应用性能可接受的带宽取得数千个节点的网络可扩展性。各实施方式利用了用于亚微米(sub-micron)半导体加工的先进技术节点的出现。作为示例,安装在半导体管芯的金属叠层提供一组丰富的金属资源(例如,9个或更多个层)。在一种实施方式中,这些金属层中的4个或更多个层可以用于管芯上互连结构。每一金属层具有不同的物理特性,包括但不限于不同的宽度/间距/材料属性。作为示例,不同的层可以具有不同的能量特性(例如,能量/毫米(mm))、延迟时间特性(例如,延时/mm)、带宽特性(线/mm)和最优中继器间距特性。注意,在一些实施方式中,对于较高层的金属,要互连的核或其他计算逻辑的尺寸可以小于最优中继器间距,且因而可以避免对中继器的需要,并且,较高层的金属层中的布线(它们可以比较低层的金属层的那些更大和/或更厚)可以提供较低的延迟时间并在单个时钟周期内跨越/穿过多个核。根据一种实施方式的互连结构可以使用布线分层结构,其中低/中层包括具有通过点对点互连在邻近核(或核组)的群集之间耦合的足够带宽的线。而较高层的金属层包括在单个时钟周期内通过点对多点互连跨越和连接到多个核组的线。各实施方式提供具有扁平化逻辑交换机分层结构和布线分层结构的分层网络拓扑,它们分层地耦合物理上/逻辑上毗邻和远离的节点。由于各核(节点)的小尺寸,逐个核地把交换机扁平化是不可行的,并且改为可以在核编组上把该拓扑扁平化。在此描述的拓扑合并了与分层点对点和点对多点互连的高基数扁平化交换机。以用于分层线增加的连通性来扁平化交换机增加了交换机的基数,使得跳跃式传输计数和总体网络延迟时间/能量最小化。只要带宽保持恒定,各个交换机能量不显著增加(至一阶)。对于给定的技术(资源)、核计数和应用要求,通过实现在交换机基数、带宽和分层布线的跨跳和插入计数(spananddropcount)之间的平衡,可以优化网络拓扑。例如,金属宽度/间距的选择决定了在带宽/延迟时间之间的折衷。具有更多间距的宽金属线以较少带宽的成本(每mm布线)得到较低的延迟时间。类似地,如果减少了核尺寸,在单个周期内可以连接更多核。更具体地,各实施方式逐个岛地使用扁平化交换机。多组N个核(岛)共享网络交换机。使用交叉开关(crossbar)网络来连接在岛内的诸核。现在参见图1A,所示出的是根据本专利技术的一种实施方式的处理器或SoC的各核的集合或编组的框图。在图1A中,集合100在此可以称为域或岛。在一些实施方式中,各岛可以属于独立的电压和频域。如图可见,存在多个核1100-110n。尽管各实施方式不同,在所阐释的示例中存在8个核;然而应理解,在不同的实施方式中,给定的岛中可以存在更多或更少的核。核110经由第一拓扑的互连120耦合在一起。作为示例,互连120可以是允许各核相互通信的交叉开关网络。岛100还包括网络交换机130。在一种实施方式中,交换机130是高基数交换机。交换机130提供在集合100和处理器或SoC的其他部分内的核之间的(以及进而到片外位置的)互连和通信。进一步,如将在此描述的,网络交换机130可以通过不同类型的互连与其他域或岛通信,其中在累积叠层的不同金属层上配置这些互连的至少部分。通过利用这种累积叠层的不同的金属层(它们本身具有不同的性质)的特性,诸如延迟时间、带宽之类的互连本身的操作特性以及其他操作特性发生改变。这样的特性可以是金属线的宽度/间距的选择的函数。较低的层可以具有较紧的间距和较窄的宽度,从而得到较高的带宽(每mm)以及由于增加的阻抗引起的较高的延迟时间。较高的层具有较宽的宽度和较高的间距,且得到较少的带宽(每mm),但由于阻抗减少引起较低的延迟时间。在一种示例实施方式中,网络交换机130的第一组输出端口经由点对点互连(为便于阐释在图1A中未示出)与毗邻的域或岛进行通信。网络交换机130的第二组输出端口又经由点对多点互连(为便于阐释在图1A中未示出)与非毗邻的域或岛进行通信。尽管在图1A的示例中以这种高级框图示出,但应理解,多种变形和替代品是可能的。现在参见图1B,所示出的是根据一种实施方式的多个处理器岛的框图。如图可见,存在五个岛1000-100n。尽管以及高级和一般框图示出,但应理解,每一岛可以包括同构资源,它们可以包括多个核(例如,8个)、交叉开关互连网络和交换机。通过利用互连的至少部分在其上把不同的岛耦合在一起的不同的金属层的唯一特性,发生了不同的通信延迟时间。因而如图1B可见,在单个时钟周期(例如)中,网络交换机1300的第一输出端口提供经由互连140到毗邻岛1001的网络交换机1301的相应输入端口的输出单元(例如,分组),在实施方式中,互连140被实现为至少部分地配置在第一金属层上的点对点互连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供管芯上互连的设备,包括:配置在半导体管芯上的多个岛,所述多个岛中的至少两个具有多个核;以及配置在所述半导体管芯上的多个网络交换机,所述多个网络交换机与所述多个岛相关联,其中,所述多个网络交换机的第一网络交换机包括多个输出端口,其中,所述多个输出端口的第一组的输出端口经由点对点互连耦合到岛的所述关联网络交换机,且所述输出端口的第二组的输出端口经由点对多点互连耦合到多个岛的所述关联网络交换机。

【技术特征摘要】
2014.10.27 US 14/524,6221.一种用于提供管芯上互连的设备,包括:
配置在半导体管芯上的多个岛,所述多个岛中的至少两个具有多个核;以及
配置在所述半导体管芯上的多个网络交换机,所述多个网络交换机与所述多
个岛相关联,其中,所述多个网络交换机的第一网络交换机包括多个输出端口,其
中,所述多个输出端口的第一组的输出端口经由点对点互连耦合到岛的所述关联网
络交换机,且所述输出端口的第二组的输出端口经由点对多点互连耦合到多个岛的
所述关联网络交换机。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于,至少部分地在第一金属层上配置
所述点对点互连。
3.如权利要求2所述的设备,其特征在于,至少部分地在第二金属层上配置
所述点对多点互连,所述第二金属层是比所述第一金属层高的金属层。
4.如权利要求3所述的设备,其特征在于,配置在所述第一金属层上的所述
点对点互连的布线宽度大于配置在所述较高金属层上的所述点对多点互连的布线
宽度。
5.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述点对多点互连被配置成在一
个时钟周期内把输出信息从所述网络交换机传输给所述多个岛的所述关联网络交
换机,所述多个岛在物理上不毗邻所述网络交换机的所述岛。
6.如权利要求5所述的设备,其特征在于,所述点对点互连被配置成在一个
时钟周期内从所述网络交换机向所述岛的所述关联网络交换机传输输出信息,所述
岛在物理上毗邻所述网络交换机的所述岛。
7.如权利要求1所述的设备,进一步包括管芯上互连结构,其包括所述多个
网络交换机、所述点对点互连和所述点对多点互连。
8.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述管芯上互连结构包括分层网
络,所述分层网络包括各自用于互连岛的所述多个核的多个交叉开关网络、用于互
连所述多个岛中的毗邻岛的多个点对点互连、以及用于互连所述多个岛中的非毗邻
岛的多个点对多点互连。
9.一种用于提供管芯上互连的设备,包括:
配置在半导体管芯上的网络交换机装置,所述网络交换机装置包括:
多个输入端口,用于接收来自其他网络交换机装置的信息;
第一多个输出端口,用于经由第一金属层耦合到多个毗邻网络交换机;以及
第二多个输出端口,用于经由第二金属层耦合到多个非毗邻网络交换机装置。
10.如权利要求9所述的设备,其特征在于,所述多个输入端口的数量大于
所述第一多个输出端口的数量与所述第二多个输出端口的数量的总和。
11.如权利要求9所述的设备,其特征在于,所述网络交换机装置进一步包
括:
至少一个第一缓冲器,其与第一虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员:S·哈尔A·莫尔D·索马瑟科哈D·S·邓宁
申请(专利权)人:英特尔公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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