[发明专利]一种软件定义的晶圆级交换系统设计方法及装置

说明书

本发明提供了一种软件定义的晶圆级交换系统设计方法及装置，包括：确定晶圆级交换系统布局约束；构建目标晶圆级交换系统并确定参数，设计交换网络逻辑拓扑结构；设计交换芯粒在晶圆基板上的布局；分别设计对外芯粒和内部芯粒接口结构；配置交换芯粒各端口交换模式与使能状态；当晶圆级交换系统可实现目标逻辑拓扑结构，则结束流程；否则，重新构造交换网络逻辑拓扑结构并将其映射到基板上。本发明基于集成电路制造工艺约束所能提供的物理拓扑结构固定的晶圆基板，通过软件定义混合交换机制的方式构建面向不同应用场景的高性能、大规模、拓扑结构灵活的晶圆级交换系统。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种软件定义的晶圆级交换系统设计方法及装置。

背景技术

网络交换芯片是一种可用于信号转发的网络设备，可以为任意两个接入的收发节点提供通路。随着数据中心规模的飞速扩张、超级计算机的迅猛发展，对大容量的交换芯片需求也越来越大。现有的大容量网络交换芯片有博通公司的Tomahawk4、Marvell公司的Teralynx8、思科公司的Silicon One G100，其采用的均是7nm工艺，可提供25.6Tbps的交换容量。然而随着集成电路技术的发展，先进制程的物理极限和大规模集成芯片的良率极限导致摩尔定律逐渐失效，限制了网络交换芯片交换容量的进一步提升。

为解决单芯片性能瓶颈，晶圆级集成技术成为后摩尔时代集成电路领域的研究热点，其利用晶圆基板来代替PCB，通过将未封装的裸片贴装到基板上大幅提升了芯片间的传输速率与能效，其中贴装的裸片又称为芯粒。不同于片上系统（SoC）只能基于一个工艺节点制造，晶圆级集成技术中贴装的芯粒可以由不同工艺节点制造且具有异质异构特性；通过贴装多个小面积芯粒可实现晶圆级集成系统的性能扩展，打破了现有集成电路的设计方法与计算范式。得益于此，大规模晶圆级交换系统是突破数据中心、超级计算机交换容量瓶颈的有效手段。

受限于晶圆基板加工过程中光罩面积大小及光罩一致性约束，晶圆基板只能为贴装的芯粒提供相同的物理互连结构，大大限制了晶圆级集成系统的功能与灵活性。例如加州大学洛杉矶分校的Subramanian S. Iyer教授团队搭建的晶圆级GPU系统，Tesla公司推出的面向自动驾驶的深度学习训练系统Dojo均采用网格型（Mesh）互连网络实现芯粒之间的互连通信。然而，网格型互连网络存在跳数过多、阻塞严重情况，并不适用于晶圆级交换系统；除此之外，面向不同应用场景，晶圆级交换系统应具备实现多逻辑拓扑结构的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软件定义的晶圆级交换系统设计方法及装置，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种软件定义的晶圆级交换系统设计方法，所述晶圆级交换系统由晶圆基板与贴装在晶圆基板上的交换芯粒组成，所述交换芯粒包括对外芯粒和内部芯粒；所述设计方法包括如下步骤：

S1、确定晶圆级交换系统布局约束；

S2、构建目标晶圆级交换系统，确定目标晶圆级交换系统的参数，结合晶圆级交换系统布局约束设计交换网络逻辑拓扑结构；

S3、根据晶圆级交换系统布局约束，将S2中的交换网络逻辑拓扑结构映射到晶圆基板上并根据映射情况设计交换芯粒在晶圆基板上的布局；

S4、根据S2中的交换网络逻辑拓扑结构与S3中交换芯粒在晶圆基板上的布局分别设计交换芯粒的接口结构；

S5、根据S2中的交换网络逻辑拓扑结构配置交换芯粒各端口的交换模式与使能状态；得到晶圆级交换系统；

S6、判断晶圆级交换系统是否实现S2中的交换网络逻辑拓扑结构，若实现则结束流程；否则重新构造交换网络逻辑拓扑结构并返回步骤S3。