[发明专利]评估3D IC的电源供应的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及3D芯片的设计，更具体地，涉及评估3D iC芯片的供电的方法和装置。 

背景技术

随着信息技术的发展，人们对计算设备的处理能力提出了越来越高的要求；于是，用于执行处理和运算的半导体器件速度越来越快，规模也越来越大。然而同时，人们还希望半导体器件能够更加小型化，这就要求半导体器件实现为高密度的集成电路IC。为此，近年来提出了三维集成电路，即3D IC技术，用以实现高速度、高密度的集成电路。在3D IC中，集成电路由彼此堆叠的多个芯片构成，芯片之间利用穿透硅通孔TSV(through silicon via)技术彼此连接。 

为了降低IC器件的能耗，与单一芯片IC类似地，3D IC中也采用电源门控技术对芯片的逻辑电路中的各个部件进行电源开关控制。具体地，在芯片中提供有电源门控电路，其中包括多个电源开关，用于在逻辑电路中的部件不需要工作时关断其电源供应，以此达到降低能耗的目的。然而，取决于具体的电路设计，电源门控电路有可能在其两端引起较大的欧姆压降，或称IR压降。过大的IR压降会影响芯片部件的功能和工作。同时，电源门控电路对芯片中各个部件的电源开关操作也会导致电源供应的噪声。过大的噪声有可能损坏所控制的逻辑电路，或者劣化其性能。因此，在设计芯片的过程中，通常需要考虑门控电路的影响来评估芯片的电源的稳定性或鲁棒性（robustness）。 

在常规的单一芯片IC中，电源门控电路的布置通常有两个方式，即环形设计和纵列设计。图1示出单一芯片IC中电源门控电路的布置。图1A示出上述 环形设计，其中围绕电源域的周围布置电源门控电路。图1B示出纵列设计，其中电源开关以纵列的形式插入在电源域中。然而，对于3D IC来说，电源门控电路具有完全不同的布置方式。图2示出3D IC的示意图，其中图2A示出一个示例性的3D IC的截面图，图2B示出3D IC的电源连接的立体图。图2A所示的示例性3D IC包括堆叠在一起的4个芯片。每个芯片包括Si基底，在Si基底上布置有各种电路部件（由S1，S2，S3，S4示出）。在芯片内部，通过内部硅通孔（T1，T2，T3，T4）和相应的金属连线（R1，R2，R3，R4）实现芯片内部的电路连接。在芯片之间，利用穿透硅通孔的连接柱（例如，Q2，Q3，Q4）实现芯片之间的电路连接和电源供应。通常，在顶层或底层芯片上布置电源门控电路，在其他芯片上布置逻辑电路。然而，理论上来说，电源门控电路可以布置在3D IC的任一芯片上或其中的多个芯片上。可以理解，图2A的图示仅仅是一种示例。3D IC可以由其他数目的多个芯片堆叠而成。在图2B的示意图中，电源门控电路布置在底层芯片中，并且，该芯片通过焊球或焊盘21连接到外部供电网，然后通过连接柱22将受控电源提供到其他芯片。因此，在3D IC中，除直接与外部供电网相连的芯片之外，其他芯片均通过连接柱获得电源供应。如图2B所示，连接柱不仅可以设置在芯片四周，还可以设置在芯片内部。可以理解，根据芯片中各个有源部件的需要，连接柱可以提供为任何二维布局的形式。 

对比图1和图2的示意图可以看到，3D IC中电源门控电路的布置以及供电连接方式与常规单一芯片IC完全不同。相应地，现有技术中对单一芯片IC的电源供应进行评估和分析的方法无法适用于3D IC的情况。因此，希望针对3D IC的特点提出适用的评估方法，以期辅助和改进3D IC中电源供应的设计。 

发明内容

考虑到以上提出的问题，提出本发明，旨在针对3D IC提供一种适用的电源供应评估方案，从而弥补现有技术在这方面的不足。 

根据本发明的一个方面，提供了评估3D IC的电源供应的方法，包括：获取所述3D IC的特定区域中包含的电路模块的电流信息和布局信息；将所述特定区域网格化，从而形成至少一个立体网格，所述至少一个立体网格具有沿所述3D IC的芯片堆叠方向的多个侧边；基于所述电流模块的电流信息和布局信息确定所述多个侧边中的至少一个侧边的电流；以及基于所述至少一个侧边的电流，评估所述3D IC的电源供应。