[发明专利]利用硅连接层集成HBM存储裸片的多裸片FPGA

说明书

本申请公开了一种利用硅连接层集成HBM存储裸片的多裸片FPGA，涉及FPGA技术领域，该多裸片FPGA内部设计有源的硅连接层并在其上集成FPGA裸片和HBM存储裸片，硅连接层内部布设硅连接层互连框架，HBM存储裸片接入硅连接层互连框架，与多个网络接口和多个路由器形成HBM节点，FPGA裸片内部已有的裸片路由节点接入硅连接层互连框架与HBM节点形成更大的片上网络，HBM节点可以使用多个路由器同时与FPGA裸片内部多个裸片路由节点传输数据，该结构实现了HBM存储裸片与FPGA裸片的高效通信互联，具有高存储带宽、高数据输入输出。

技术领域

本发明涉及FPGA技术领域，尤其是一种利用硅连接层集成HBM存储裸片的多裸片FPGA。

背景技术

FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)是一种硬件可编程的逻辑器件，广泛应用于移动通信、数据中心、导航制导和自动驾驶等领域。随着应用驱动和集成电路制造工艺的快速发展，FPGA的规模越来越大，大数据量的存储和运算对高带宽存储的需求不断增大，HBM(HighBandwidth Memory)是一款新型的内存芯片，具有大容量、高位宽的优势，FPGA支持HBM成为当前的主流趋势。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种利用硅连接层集成HBM存储裸片的多裸片FPGA，本发明的技术方案如下：

一种利用硅连接层集成HBM存储裸片的多裸片FPGA，该多裸片FPGA包括基板、层叠设置在基板上的硅连接层、层叠设置在硅连接层上的FPGA裸片和HBM存储裸片，硅连接层覆盖所有的FPGA裸片和HBM存储裸片；

FPGA裸片内包括裸片NOC网络、硅堆叠连接模块和连接点引出端，硅堆叠连接模块内包括若干个硅堆叠连接点，裸片NOC网络包括若干个通过路由通道相连的裸片路由节点，每个裸片路由节点包括通过网络接口相连的功能IP模块和路由器，相邻的裸片路由节点通过连接在路由器之间的路由通道相连；裸片路由节点中的路由器与硅堆叠连接点相连，硅堆叠连接点通过重布线层内的顶层金属线连接相应的连接点引出端；

硅连接层内布设有硅连接层互连框架，硅连接层互连框架包括路由器、网络接口和路由通道，相邻的路由器分别通过路由通道相连，每个路由器连接一个网络接口；

HBM存储裸片的HBM接口同时连接硅连接层互连框架中的N个网络接口，N≥2，HBM存储裸片与其相连的N个网络接口和N个路由器构成一个HBM节点；FPGA裸片上与裸片路由节点相连的连接点引出端连接到硅连接层互连框架中的路由器，HBM节点同时与FPGA裸片内的N个裸片路由节点互连通信。

其进一步的技术方案为，硅连接层内还布设有与硅连接层互连框架中的网络接口相连的FIFO，每个FIFO及其相连的网络接口和路由器构成一个中转节点，每个HBM节点通过N个中转节点同时与N个裸片路由节点互连通信。

其进一步的技术方案为，每个HBM节点将待传输数据分为N组子数据，N组子数据的位宽之和为待传输数据的位宽，N组子数据的位宽相同或不同，HBM节点通过其连接的N个路由器将N组子数据分别传输给FPGA裸片内的N个裸片路由节点；

和/或，FPGA裸片内的N个裸片路由节点分别将N组子数据通过HBM节点连接的N个路由器传输给HBM节点，HBM节点将N组子数据合并形成高位宽数据。

其进一步的技术方案为，硅连接层片上网络中的每个路由器包括5*5的全互通开关阵列及其相连的5组输入输出端口，其中一组输入输出端口连接对应的网络接口，其余4组输入输出端口分别设置在四个不同的方向，分别用于与四个方向相邻的路由器相连；各个路由器形成二维互联阵列。

本发明的有益技术效果是：