用于VLSI应用的片上热管理制造技术

提供了用于管理半导体芯片的操作的装置和方法。在示例性实施例中，提供一种半导体芯片，其可包括温度传感器、加热器、处理器和热控制逻辑。热控制逻辑可以被配置为：确定来自温度传感器的第一读出温度达到第一温度阈值，打开加热器，确定来自温度传感器的第二读出温度达到低于第一温度阈值的第二温度阈值，暂停处理器的功能，确定来自温度传感器的第三读出温度达到第一温度阈值，恢复处理器的功能，并且确定来自温度传感器的第四读出温度达到高于第一温度阈值的第三温度阈值，关闭加热器。关闭加热器。关闭加热器。

【技术实现步骤摘要】
用于VLSI应用的片上热管理


[0001]本专利技术涉及用于半导体管芯的热管理，特别涉及用于超大规模集成(VLSI)集成电路(IC)和片上系统(SoC)应用的热管理。

技术介绍

[0002]在现代CMOS半导体技术中，集成电路的性能和可靠性已表现出对温度的极大依赖性。一方面，载流子迁移率随着温度的升高而降低，这会减慢电路速度。另一方面，阈值电压也随着温度的升高而降低，这有助于加快电路的速度。当阈值电压降低的影响超过载流子迁移率降低时，电路在较高的温度下会运行得更快。这就是众所周知的温度反转(Temperature Inversion)现象，在最新的亚微米CMOS技术中变得越来越普遍。
[0003]由于温度反转的影响，在现代亚微米CMOS技术中集成电路在较低的温度下变得较慢。由于每个电路都有温度范围的规格，这通常使得较低的温度界限成为电路开发和时序签核最具挑战性的角落。根据应用的不同，许多电路将在0℃、
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10℃或
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40℃的较低温度界限内停止工作。更低的温度角落往往会增加时序签核的挑战，推迟开发周期，降低产品性能，增加管芯尺寸和成本。
[0004]然而，对用于低温应用的集成电路的需求在持续增加。例如，汽车应用通常要求
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55℃的较低温度界限。这给现代亚微米CMOS技术带来了重大挑战，并阻碍了集成电路在低温应用中的应用。

技术实现思路

[0005]存在持续的需求对超大规模集成(VLSI)集成电路(IC)和片上系统(SoC)应用改进的热管理。本公开提供了一种新颖的电路方案，该方案可以实现加热器模块并将其集成到VLSIIC或SoC管芯中。根据本公开的示例性系统或方法可以利用片上加热器来监控温度并控制SoC的行为。该方案有助于稳定SoC的温度并防止温度在操作过程中下降到某个低温以下。因此，SoC的设计成本可能会随着更小的芯片尺寸和更短的开发周期而降低。此外，SoC的应用可以扩展到那些极低温的应用中。
[0006]根据本公开的一个示例性实施例可以提供一种半导体芯片，该半导体芯片可以包括温度传感器、加热器、处理器和热控制逻辑。所述热控制逻辑可以包括电路，所述电路被配置为：确定来自温度传感器的第一读出温度达到第一温度阈值，打开加热器，确定来自温度传感器的第二读出温度达到低于第一温度阈值的第二温度阈值，暂停处理器的功能，确定来自温度传感器的第三读出温度达到第一温度阈值，恢复处理器的功能，并且确定来自温度传感器的第四读出温度达到高于第一温度阈值的第三温度阈值，关闭加热器。
[0007]在另一示例性实施例中，提供了一种用于操作半导体芯片的方法。该方法可以包括确定来自导体芯片上的温度传感器的第一读出温度达到第一温度阈值，打开半导体芯片上的加热器，确定来自温度传感器的第二读出温度达到低于第一温度阈值的第二温度阈值，暂停半导体芯片上处理器的功能，确定来自温度传感器的第三读出温度达到第一温度
阈值，恢复处理器的功能，并且确定来自温度传感器的第四读出温度达到高于第一温度阈值的第三温度阈值，关闭加热器。附图简要说明
[0008]图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例中的片上系统。
[0009]图2示意性地示出了根据本公开的一个实施例中的加热器。
[0010]图3示意性地示出了根据本公开的一个实施例中的迟滞回线。
[0011]图4示意性地示出了根据本公开的一个实施例中的复位控制方案。
[0012]图5示意性地示出了根据本公开的一个实施例中的片上系统的平面图。
[0013]图6是根据本公开的一个实施例中的片上系统的热管理过程的流程图。
具体实施方式
[0014]现在将参考附图详细描述根据本申请的具体实施例。为了一致性，各个图中的相同元件由相同的附图标记表示。
[0015]图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例中的片上系统(SoC)100。SoC 100可以是集成电路(IC)半导体芯片，其可以包括处理器102和热管理模块104。热管理模块104可包括热控制逻辑块106、温度传感器108和加热器110。热控制逻辑块106可以包括控制逻辑电路并称为热控制逻辑106。在至少一个实施例中，热控制逻辑106可以用专用模拟电路来实现，以确保在极端低温下的可靠性和时序收敛。热控制逻辑106可以耦合到温度传感器108，并被配置为向温度传感器108发送多个控制信号(例如，配置和校准温度传感器108)，并从温度传感器108接收读出温度。
[0016]热控制逻辑106还可以耦合到加热器110，并被配置成控制加热器110(例如，打开和关闭它)。加热器110可以是可通过焦耳加热产生热的电阻结构。在一个实施例中，热控制逻辑106可以利用包括例如“使能(enable)”信号的多个控制信号来控制加热器110。当使能信号是有效的(asserted)时，加热器110可以被打开。当使能信号是无效的(de
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asserted)时，加热器110可以被关闭。
[0017]热控制逻辑106也可以耦合到加热器模块104的外部。例如，热控制逻辑106可以耦合到处理器102。处理器102可以通过向热控制逻辑106发送控制和命令信号来配置加热器110的控制。热控制逻辑106还可以向处理器102发送控制信号。例如，热控制逻辑106可基于由温度传感器108接收的读出温度向处理器102发送信号以允许处理器102暂停或恢复功能。
[0018]热控制逻辑106可以包括可被配置为将从温度传感器108接收的读出温度与多个阈值进行比较的电路。例如，热控制逻辑106可以包括可被配置为将从温度传感器108接收的读出温度与第一阈值Ton进行比较的电路。热控制逻辑106可以连续地接收来自温度传感器108的读出温度，并确定在某一点上，由温度传感器108测量的温度可以降低以达到第一阈值Ton。在一个实施例中，当测量温度可能曾经高于Ton但下降到或低于Ton时，测量温度降低到Ton。响应于确定温度降低到第一阈值Ton，热控制逻辑106可向加热器110发送控制信号(例如，将“使能”信号设置为有效)以打开加热器110。
[0019]热控制逻辑106还可以包括可被配置为将从温度传感器108接收的读出温度与第二阈值Tr(例如，温度复位(RESET))进行比较的电路。热控制逻辑106可以连续接收来自温
度传感器108的读出温度，并确定在另一点，由温度传感器108测量的温度可以降低以达到第二阈值Tr。在一个实施例中，当测量温度可能曾经高于Tr但下降到或低于Tr时，测量温度降低到Tr。响应于确定温度降低到第二阈值Tr，热控制逻辑106可向处理器102发送信号(例如，将“复位”信号设置为有效或逻辑“零”)以暂停处理器102的正常功能。
[0020]在加热器110可以打开一段时间之后，温度可以开始上升。热控制逻辑106可以继续监测来自温度传感器108的读出温度。一旦热控制逻辑106确定由温度传感器108测量的温度上升到第一温度阈值Ton(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体芯片，其特征在于，包括：温度传感器；加热器；处理器；和热控制逻辑，包括电路，所述电路被配置成：确定来自所述温度传感器的第一读出温度达到第一温度阈值；打开所述加热器；确定来自所述温度传感器的第二读出温度达到低于所述第一温度阈值的第二温度阈值；暂停所述处理器的功能；确定来自所述温度传感器的第三读出温度达到所述第一温度阈值；恢复所述处理器的功能；确定来自所述温度传感器的第四读出温度达到高于所述第一温度阈值的第三温度阈值；和关闭所述加热器。2.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述热控制逻辑被配置为通过将输出到所述处理器的信号设置为有效来暂停所述处理器的功能，并通过将输出到所述处理器的所述信号设置为无效来恢复所述处理器的功能。3.根据权利要求2所述的半导体芯片，其特征在于，所述信号被设置为逻辑低，以暂停所述处理器的功能。4.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述加热器包括开关和电阻结构，并且所述热控制逻辑被配置为通过将输出到所述开关的控制信号设置为有效以接通所述开关来打开所述加热器，以及通过将输出到所述开关的所述控制信号设置为无效以关断所述开关来关闭所述加热器。5.根据权利要求4所述的半导体芯片，其特征在于，所述电阻结构是正向偏置二极管，所述开关是NMOS，并且所述正向偏置二极管的偏置电压由所述NMOS控制。6.根据权利要求5所述的半导体芯片，其特征在于，所述加热器是均匀地放置在所述半导体芯片的管芯上的多个加热器之一。7.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述第一温度阈值、所述第二温度阈值和所述第三温度阈值通过固件编程。8.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，还包括存储器和输入/输出，当所述处理器的功能被暂停时，所述存储器和输入/输出的功能也被暂停。9.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述热控制逻辑还被配置为向所述温度传感器发送多个控制信号以配置和校准所述温度传感器。10.根据权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述处理器被配置成通过向所述热控制逻辑发送控制和命令信...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：英韧科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：