含有三维印录存储阵列的可编程计算阵列制造技术

本发明专利技术提出一种新型可编程门阵列——可编程计算阵列。它含有多个可编程计算单元阵列、多个可编程逻辑单元阵列和多个可编程连接。每个可编程计算单元含有多个三维印录存储（3D‑P）阵列，这些3D‑P阵列存储一基本函数库的查找表（LUT）。

Programmable Computing Array with Three-Dimensional Print Storage Array

【技术实现步骤摘要】
含有三维印录存储阵列的可编程计算阵列
本专利技术涉及集成电路领域，更确切地说，涉及可编程门阵列。
技术介绍
可编程门阵列属于半定制集成电路，即通过后端工艺或现场编程，实现对逻辑电路的定制化。美国专利4,870,302披露了一种可编程门阵列。它含有多个可编程逻辑单元（configurablelogicelement，或configurablelogicblock）和可编程连接（configurableinterconnect，或programmableinterconnect）。其中，可编程逻辑单元在设置信号控制下可以选择性地实现移位、逻辑非、AND（逻辑与）、OR（逻辑和）、NOR（和非）、NAND（与非）、XOR（异或）、+（算术加）、-（算术减）等功能；可编程连接在设置信号控制下可以选择性地实现两条互连线之间的连接、断开等功能。目前，很多应用均涉及复杂数学函数的计算。复杂数学函数的例子包括超越函数，如指数（exp）、对数（log）、三角函数（sina、cos）以及它们的组合等。为了保证执行速度，高性能应用要求用硬件来实现复杂数学函数。在现有的可编程门阵列中，复杂数学函数均通过来固化计算单元来实现。这些固化计算单元为硬核（hardblock）的一部分，其电路已经固化、不能对其进行再配置。很明显，固化计算单元将限制可编程门阵列的进一步应用。为了克服这个困难，本专利技术将可编程门电路的概念推广，使固化计算单元可编程化。具体说来，可编程门电路除了含有可编程逻辑单元以外，还含有可编程计算单元。该可编程计算单元可以选择性地实现多种基本函数中的一种。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是推广可编程门电路在复杂数学计算领域的应用。本专利技术的另一目的是提供一种可编程门电路，不仅其逻辑功能可以被定制，其计算功能也可以被定制。本专利技术的另一目的是提供一种计算能力更灵活、更强大的可编程计算阵列。本专利技术的另一目的是提供一种芯片面积更小、成本更低的可编程计算阵列。为了实现这些以及别的目的，本专利技术提出一种新型可编程门阵列——可编程计算阵列。它含有多个可编程计算单元阵列、多个可编程逻辑单元阵列和多个可编程连接。每个可编程计算单元含有多个三维印录存储阵列，这些3D-P阵列存储一基本函数库的查找表（LUT）。每个计算单元还含有多个计算单元内可编程连接。通过这些可编程连接可以从相应的LUT中查出所需函数的值。对于高性能可编程计算单元来说，三维印录存储器（three-dimensionalprintedmemory，简称为3D-P，参见中国专利201280042212.5）尤其适合存储LUT。3D-P是三维存储器（three-dimensionalmemory，简称为3D-M，参见中国专利98119572.5）的一种，其存储的信息是在工厂生产过程中采用采用印刷方式录入的（印录法，如光刻、纳米压印等手段）录入的。这些信息永久固定，出厂后不能改变。由于3D-P存储元不需要实现电编程，它可以比三维可写存储器（three-dimensionalwritablememory，简称为3D-W）承受更大的读电压和读电流。因此，3D-P的读速度远快于3D-W。除了可编程计算单元，可编程计算阵列还含有多个可编程逻辑单元和可编程连接。复杂数学函数是基本函数（包括log、exp、sin、cos、sqrt、cbrt、tan、atan等）的一种组合。在其实现过程中，复杂数学函数首先被分解为多个基本函数。然后针对每个基本函数设置对应的可编程计算单元，使其实现相应的基本函数。最后，通过设置可编程逻辑单元和可编程连接，实现所需的复杂数学函数。采用3D-P来实现可编程计算单元有诸多优势：首先，3D-P比3D-W的读速度快，可实现高性能计算单元；其次，不同基本函数所需的3D-P阵列大小均相同或相差整数倍。代表不同基本函数的3D-P阵列可放置在不同存储层中，并通过三维堆叠集成到同一3D-M模块中。这能极大地减少可编程计算单元所占的衬底面积。最后，由于3D-P阵列基本不占衬底面积，可编程逻辑单元和/或可编程连接可以集成在3D-P阵列下方，这样可以进一步减少可编程计算单元所占的衬底面积。相应地，本专利技术提出一种可编程计算单元(100)，其特征在于含有：一含有晶体管的半导体衬底(0)；堆叠在该半导体衬底(0)上的第一和第二三维印录存储器（3D-P）阵列(110,120)，该第一3D-P阵列(110)存储一第一基本函数的至少部分查找表（LUTA），该第二3D-P阵列(120)存储一第二基本函数的至少部分查找表(LUTB)；至少一与该第一和第二3D-P阵列耦合的计算单元内可编程连接(150或160)，基于该计算单元内可编程连接的设置信号(125)，该可编程计算单元(200)选择性地实现该第一或第二数学函数。本专利技术还提出一种可编程计算阵列(400)，其特征在于含有：一含有至少一可编程计算单元的可编程计算单元阵列(100AA-100AD)，该可编程计算单元从一基本函数库中选择性地实现一种基本函数；一含有至少一可编程逻辑单元的可编程逻辑单元阵列(200AA-200AD)，该可编程逻辑单元从一逻辑运算库中选择性地实现一种逻辑运算；多个将该可编程计算单元阵列和该可编程逻辑单元阵列耦合的可编程连接(300)；该可编程计算阵列(400)通过对该可编程计算单元(100AA-100AD)、该可编程逻辑单元(200AA-200AD)和该可编程连接(300)进行编程以实现一数学函数，该数学函数是所述基本函数的一种组合。附图说明图1是一种三维印录存储器（3D-P）的截面图。图2是一种可编程计算单元的符号。图3是一种可编程计算单元的电路框图，该图同时披露了该可编程计算单元实现的基本函数库。图4是该可编程计算单元的第一种实现方式，该图为其衬底电路布局图。图5A-图5B是该可编程计算单元的第二种实现方式，图5A为其截面图；图5B为其衬底电路布局图。图6是一种可编程计算阵列的电路图。图7A披露一种可编程连接实现的连接库；图7B披露一种可编程逻辑单元实现的逻辑运算库。图8表示该可编程计算单元的第三种实现方式，该图为其衬底电路布局图。图9是一种可编程计算阵列具体实现的电路图。注意到，这些附图仅是概要图，它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见，图中的部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中，相同的符号一般表示对应或类似的结构。具体实施方式图1是一种三维印录存储器（3D-P）10的截面图。3D-P是三维存储器（3D-M）的一种，其存储的信息是在工厂生产过程中采用印刷方式录入的（印录法）。这些信息是永久固定的，出厂后不能改变。印录法可以是光刻（photo-lithography）、纳米压印法（nano-imprint）、电子束扫描曝光（e-beamlithography）、DUV扫描曝光、激光扫描曝光(laserprogramming)等。通过光刻法录入数据的3D-M又被称为三维掩膜编程只读存储器（3D-MPROM），这是一种常见的3D-M。3D-P10含有一形成在衬底0上的衬底电路层0K。存储层16A堆叠在衬底电路0K之上，存储层16B堆叠在存储层16A之上。衬底电路层0K含有存储层16A、16B的周边电路，它包括晶体管0t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可编程计算单元(100)，其特征在于含有：一含有晶体管的半导体衬底(0)；堆叠在该半导体衬底(0)上的第一和第二三维印录存储器（3D‑P）阵列(110, 120)，该第一3D‑P阵列(110)存储一第一基本函数的至少部分查找表（LUT A），该第二3D‑P阵列(120)存储一第二基本函数的至少部分查找表(LUT B)；至少一与该第一和第二3D‑P阵列耦合的计算单元内可编程连接(150或160)，基于该计算单元内可编程连接的设置信号(125)，该可编程计算单元(200)选择性地实现该第一或第二基本函数。

【技术特征摘要】
1.一种可编程计算单元(100)，其特征在于含有：一含有晶体管的半导体衬底(0)；堆叠在该半导体衬底(0)上的第一和第二三维印录存储器（3D-P）阵列(110,120)，该第一3D-P阵列(110)存储一第一基本函数的至少部分查找表（LUTA），该第二3D-P阵列(120)存储一第二基本函数的至少部分查找表(LUTB)；至少一与该第一和第二3D-P阵列耦合的计算单元内可编程连接(150或160)，基于该计算单元内可编程连接的设置信号(125)，该可编程计算单元(200)选择性地实现该第一或第二基本函数。2.根据权利要求1所述的可编程计算单元(100)，其特征还在于：该第一和第二3D-P阵列(110,120)并排排列在该半导体衬底(0)上。3.根据权利要求1所述的可编程计算单元(100)，其特征还在于：该第二3D-P阵列堆叠(120)在该第一3D-P阵列(110)上。4.根据权利要求1所述的可编程计算单元(100)，其特征还在于：存储在该3D-P中的数据是在生产过程中通过一印刷方法录入的，该印刷方法包括光刻（photo-lithography）、纳米压印法（nano-imprint）、电子束扫描曝光（e-beamlithography）、DUV扫描曝光和激光扫描曝光(laserprogramming)中的至少一种。5.一种可编程计算阵列(400)，其特征在于含有：一含有至少一可编程计算单元(100)的可编程计算单元阵列(100AA-100AD)，该可编程计算单元(100)从一基本函数库中选择性地实现一种基本函数；一含有至少一可编程...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国飙，
申请(专利权)人：厦门海存艾匹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35