3D芯片良率与测试成本研究
发布时间：2020-03-29 15:13
【摘要】：3D芯片通过硅通孔(Through Silicon Via,TSV)在垂直方向上堆叠多个相同或不同工艺的芯片,极大地提升了晶体管的集成数量,被认为是能够超越摩尔定律的一项重要技术。然而TSV在制造、减薄、绑定等过程易引入各类缺陷,且故障TSV多呈现聚簇分布,这会使得3D芯片良率远低于预期。同时,3D芯片测试过程复杂,由于失效绑定等因素会造成3D芯片的丢弃,使得测试成本相对较高。本文针对以上问题,从TSV测试与容错的角度出发,在绑定前对TSV进行故障检测,筛选出故障TSV,减少在堆叠过程中由于引入故障TSV造成的3D芯片良率损失,提升3D芯片良率;同时,插入冗余TSV,容忍故障TSV,特别是聚簇故障TSV失效,通过TSV容错来实现3D芯片良率的提升。而对于测试成本高的问题,考虑在绑定中阶段合理优化堆叠次序,减少测试成本。本文主要贡献如下:(1)提出基于游标环的绑定前TSV测试方法。TSV故障往往可以表现为延时故障,故障TSV会导致TSV网络传输延迟出现波动,相较于无故障TSV会产生传输延时偏差。本文采用游标法测量TSV传输延时偏差,两条环状游标延迟线分别接待测TSV和无故障TSV,通过比较两条延迟线的TSV传输延时,达到检测待测TSV是否发生故障的目的,并且将传输延时量化为数字码输出,可以反映TSV故障的程度。实验模拟结果表明,本方法可以检测精度高达lOps,能够有效检测小延时TSV故障。(2)提出基于分区的TSV聚簇故障容错方法。将整个TSV阵列均分为四个区域,每个区域分别添加冗余TSV,当TSV故障发生聚簇时,各区域通过搜索从故障TSV指向冗余TSV的修复路径实现TSV聚簇故障容错。通过实验模拟发现,以8*8的TSV阵列为例,本方法良率高达99.88%,容错率提高了 30.84%,时序开销减少了 11.27%—20.79%。(3)提出基于堆叠次序优化的绑定中测试成本缩减方法。与以往测试成本模型不同的是,本方法不仅考虑测试时间,还考虑在芯片堆叠过程中由于失效绑定造成的丢弃成本对测试总成本的影响。该优化方法通过改变3D芯片的堆叠次序,将失效率高的芯片置于底层优先堆叠,降低丢弃成本;并优化TAM(测试访问机制)带宽、TSV数目、测试功耗的分配,最小化已经确定堆叠次序的电路所需要的测试时间。实验模拟结果表明,本方法相对于金字塔、倒金字塔两种顺序堆叠方式,测试成本分别缩减了12.92%—13.71%和61.66%—63.09%。
【图文】：
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制程微缩越来越困难问题的最佳解答［１４］。而当３Ｄ堆叠技术真正成熟以后，美满科逡逑技（Ｍａｒｖｅｌｌ）创始人ＳｅｈａｔＳｕｔａｒｄｊａ在２０１５国际固态电路研讨会（ＩＳＳＣＣ邋２０１５）邋［１５］逡逑演讲中提到的ＭｏＣｈｉ架构（见图１．２所示）就能真正实现：不同工艺生产的芯片逡逑像乐高积木一样集成在封装里并使用通用的高速接口通信；当需要一个新的模块逡逑集成到系统中时只需要设计新的模块芯片并改一下封装即可，不再需要重新去设逡逑计并生产新的系统芯片（Ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｎ邋Ｃｈｉｐ，邋ＳｏＣ）。逡逑ｖ，逦－邋＾逡逑ＭｏＣｈｌ邋Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ逡逑ｍ0ｃｈ＼逡逑ｉＡｃｃ＾Ｓｆｔ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｒ？ＮＫ＞ｕｒｃ？邋＊ｓ邋ＤＲＡＭ）逦Ｃ＿ｃ＿邋３＾邋廔＊逡逑图１．２邋ＭｏＣｈｉ架构逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ＭｏＣｈｉ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ逡逑２逡逑
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN407
本文编号：2606145
【图文】：
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制程微缩越来越困难问题的最佳解答［１４］。而当３Ｄ堆叠技术真正成熟以后，美满科逡逑技（Ｍａｒｖｅｌｌ）创始人ＳｅｈａｔＳｕｔａｒｄｊａ在２０１５国际固态电路研讨会（ＩＳＳＣＣ邋２０１５）邋［１５］逡逑演讲中提到的ＭｏＣｈｉ架构（见图１．２所示）就能真正实现：不同工艺生产的芯片逡逑像乐高积木一样集成在封装里并使用通用的高速接口通信；当需要一个新的模块逡逑集成到系统中时只需要设计新的模块芯片并改一下封装即可，不再需要重新去设逡逑计并生产新的系统芯片（Ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｎ邋Ｃｈｉｐ，邋ＳｏＣ）。逡逑ｖ，逦－邋＾逡逑ＭｏＣｈｌ邋Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ逡逑ｍ0ｃｈ＼逡逑ｉＡｃｃ＾Ｓｆｔ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｒ？ＮＫ＞ｕｒｃ？邋＊ｓ邋ＤＲＡＭ）逦Ｃ＿ｃ＿邋３＾邋廔＊逡逑图１．２邋ＭｏＣｈｉ架构逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ＭｏＣｈｉ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ逡逑２逡逑
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN407
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 闫海霞;周强;洪先龙;;采用统一建模的拥挤度驱动三维芯片布局算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2008年10期
2 闫海霞;李卓远;周强;洪先龙;;结合垂直通孔分配的层次式三维混合布局算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2007年10期
本文编号：2606145
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