基於高可靠鏈路設計的3D NoC系統通信關鍵技術研究

《基於高可靠鏈路設計的3D NoC系統通信關鍵技術研究》是依託上海交通大學，由王琴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於高可靠鏈路設計的3D NoC系統通信關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王琴
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

隨著處理器技術逐步進入眾核體系結構和3D堆疊集成時代，高集成度造成的立體耦合串擾效應及TSV工藝本身的良率問題，為3D NoC片內通信的設計帶來了新的挑戰。本課題擬結合圖論與先進積體電路設計思想，通過精簡鏈路節點通信網路的結構建模，設計基於冗餘TSV的3D NoC高可靠鏈路結構和高性能高可靠路由策略，並加以性能驗證與最佳化；同時基於超深亞微米三維工藝下串擾噪聲的產生原因及機制分析，開發實現面向3D NoC晶圓堆疊形式的三維耦合串擾噪聲統計學模型庫，以此為主要依據設計新型防串擾3D NoC系統可靠性鏈路數據編碼，並在特定噪聲模型下結合具體套用對編碼方案的性能進行評估與最佳化。本課題研究具有較好的理論研究價值和套用前景，通過課題將探索出應對先進工藝條件下3D NoC系統化的可靠性鏈路通信機制設計方案，實現3D NoC系統高可靠通信機制關鍵技術理論與設計能力的積累。

結題摘要

隨著處理器技術逐步進入眾核體系結構和3D堆疊集成時代，高集成度造成的立體耦合串擾效應及TSV工藝本身的良率問題，為3D NoC片內通信的設計帶來了新的挑戰。本課題基於超深亞微米三維工藝下串擾噪聲的產生原因及機制分析，開發實現面向3D NoC晶圓堆疊形式的三維耦合串擾噪聲模型庫，設計基於冗餘TSV的3D NoC高可靠鏈路結構和高性能高可靠路由策略，以此為主要依據設計新型防串擾3D NoC系統可靠性鏈路數據編碼，針對三維NoC積體電路潛在的挑戰，研究基於TSV的高可靠高速傳輸問題。課題首先完成了TSV的仿真、建模，TSV的傳輸噪聲機理與抑制，TSV陣列的串擾延時分析與多周期傳輸等研究工作，提出新的TSV電路和噪聲模型、噪聲分析和抑制方法。為了進一步探索高可靠三維積體電路設計，課題在TSV電路和噪聲模型的基礎上，面向三維積體電路展開高可靠通信機制研究，包括高效NoC路由差錯碼設計，基於TSV陣列的匯流排翻轉加最佳化漢明編碼，基於重構的片上網路容錯通信方法，三維片上網路路由容錯通信自適應方法，基於信號TSV重布局的串擾抑制方案等，提出新的編碼方法，自適應算法和路由算法，實現高可靠的傳輸；課題完成一系列高可靠三維積體電路設計，包括三維電路分割算法，三維電路時鐘樹生成算法，TSV模型及三維積體電路熱分析，三維積體電路中電源分布網路的分析與研究和基於TSV的三維積體電路故障檢測與冗餘設計；最後課題研究並探索了三維集成環境中的高速低功耗傳輸和測試等一些問題，提出一種高速電路設計方法和三維積體電路可測試設計方法。 本課題系統地完成了一套完整的TSV電路與噪聲模型、串擾噪聲抑制、三維NoC設計關鍵技術研究，在此基礎上提出若干新型的高可靠三維NoC通信方法與電路設計，實現了課題的研究目標和規劃的研究任務。課題組在國內外學術期刊和國際會議上已發表論文18篇，其中期刊論文10篇，會議論文8篇，在SCI或EI 源刊物上發表高水平論文10篇，成功申請獲批專利6項。項目成果形成公開的本科學位論文12篇，碩士學位論文10篇，培養該方向碩士研究生14人，博士研究生2人。課題組成功舉辦了一次國際會議2014 International Workshop on Emerging Technologies-3D Integrated Circuits，並做了專題報告。