[发明专利]半导体芯片供电系统

说明书

本公开涉及一种半导体芯片供电系统，包括：一半导体芯片，所述半导体芯片包括：第一数据处理功能区及第一电源变换器控制区，所述第一数据处理功能区和所述第一电源变换器控制区形成于所述半导体芯片的第一半导体基板；以及第一电源变换器功率级，所述第一电源变换器功率级位于所述第一半导体基板之外，并与所述第一电源变换器控制区和所述第一数据处理功能区电性连接；其中，所述第一电源变换器控制区控制所述第一电源变换器功率级向所述第一数据处理功能区供电。

技术领域

本公开涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体芯片供电系统。

背景技术

随着人工智能的计算能力越来越强大，其应用领域也越来越广泛。在此过程中，人工智能的一个重要发展方向是并行采用不同结构和资源的计算单元进行计算，其需要使用到大量的CPU、GPU、FPGA和ASIC。这些半导体芯片的物理特性伴随着半导体技术的发展将会使得其工作频率越来越高，需要的电流和功耗越来越大。

因此，为了满足半导体芯片对计算性能和散热的要求，给D2D(Direct current todirect current)供电模块提出了更高的技术需求：1.D2D模块将需要给处理器提供更大的电流；2.通过给半导体芯片的多个核心单独提供供电电压，降低轻载计算核心的功耗；3.通过快速调节供电电压，降低计算核心在空闲时间内的功耗。

图1示出了根据相关技术的半导体芯片供电系统的示意图。如图1所示，该半导体芯片供电系统1包括：半导体芯片10，其使用较高的半导体工艺级别为A1，比如14nm；电源变换器控制芯片12，其使用较低的半导体工艺级别为A2，比如180nm；以及电源变换器功率级11，其包含半导体功率开关管T1和T2及其驱动器111，还包含其它相应的无源器件，例如电感L1、电容C1、变压器等等。电源变换器功率级11的开关频率一般在500KHz左右。在该半导体芯片供电系统1中，电源变换器控制芯片12通过控制电源变换器功率级11来给半导体芯片10供电。

为满足未来芯片的供电需求，意味着电源变换器功率级的工作频率大幅度提升以满足更高的功率密度和更快的调节能力，比如从现在的500KHz提升至2MHz甚至10MHz以上；也意味着电源变换器控制芯片必须具备更加快速的控制能力，所以其工艺精度A2也需要提升。但是，工艺精度A2的提升往往意味着很高的成本，特别是提升至与半导体芯片类似的精度A1。可是，独立的电源变换器控制芯片的尺寸往往比较小，其市场体量难以支撑高精度工艺半导体高昂的开发费用。所以在当下半导体芯片向14nm普及的时候，电源变换器控制芯片普遍还没有达到60nm。

发明内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供一种半导体芯片供电系统，其能实现很高的频率，代价也较低，而且系统结构更加简洁，体积以及可靠性都得以改善。

根据本申请实施例的第一方案，提供一种半导体芯片供电系统，包括：一半导体芯片，所述半导体芯片包括：第一数据处理功能区及第一电源变换器控制区，所述第一数据处理功能区和所述第一电源变换器控制区形成于所述半导体芯片的第一半导体基板；以及第一电源变换器功率级，所述第一电源变换器功率级位于所述第一半导体基板之外，并与所述第一电源变换器控制区和所述第一数据处理功能区电性连接；其中，所述第一电源变换器控制区控制所述第一电源变换器功率级向所述第一数据处理功能区供电。

可选地，所述第一电源变换器功率级包括：半导体功率开关管、驱动器及无源器件，所述半导体芯片具有驱动信号发送引脚，所述第一电源变换器控制区经由所述驱动信号发送引脚发送驱动信号给所述驱动器，所述驱动器根据该驱动信号驱动所述半导体功率开关管，所述半导体功率开关管协同所述无源器件向所述第一数据处理功能区供电。

可选地，所述第一电源变换器功率级采用多相并联的开关电感电路的降压斩波电路或者开关电容电路。