[发明专利]一种针对晶圆处理器的共享控制式供电装置

说明书

本发明公开了一种针对晶圆处理器的共享控制式供电装置，采用多层垂直供电结构，将晶圆处理器的供电电路分为共享控制管理电路模块和直流变压及功率传输模块，所述直流变压及功率传输模块的上表面依次设置所述共享控制管理电路模块和所述晶圆处理器。本发明能有效提高晶圆处理器系统的供电密度，提高晶圆处理器供电系统的可靠性，降低晶圆处理器系统供电电路的功耗，实现了数字控制式供电系统，重新划分了供电系统的电压转换和控制管理平面，可为大功率晶圆处理器系统的高效供电提供一体化解决方案。

技术领域

本发明涉及一种集成电路技术领域，尤其涉及一种针对晶圆处理器的共享控制式供电装置。

背景技术

随着深度学习、大规模数据交换等领域对处理器算力需求的不断提升，单一处理器已经无法满足所有用于大规模数据处理的场景。于是，晶圆级处理器以其极高的互联带宽和功率密度等优势被重新提出，通过将多个同构或异构的处理器Die集成在一块晶圆或类似的高速介质上，由高速总线将各个Die彼此互联，进而实现一个超大规模的处理器集群。

如此高密度和高算力的处理器集群需要高密度、低核心电压和大电流（万安培级别）的供电系统为其供电。为了尽可能的降低大电流产生的PDN损耗，将低电压供电模块直接安装在处理器的背面进行垂直供电是应对这种固有传输损耗的有效解决方案。

对于PCB集成工艺，最先进的48V-1V核心电压转换器在合理的高功率转换效率(90%)下的面积效率在1W/10mm²-1W/5mm²(包括VRM电感)。而典型市场上高性能处理器Die的面积效率大约在1W/1.6mm²-1W/3mm²。这就导致在为高性能处理器Die进行垂直供电时，其供电模块的面积要大于处理器Die的面积，使晶圆基板上集成处理器Die的数量受到了供电模块面积的制约，为了在一个晶圆中介层上尽可能多的安装处理器Die芯片而减少供电面积对其的限制，需要处于Die背面的核心电压供电模块的面积尽可能减小。而为了使晶圆级处理器的规模不受系统散热性能的制约，需要供电模块的功耗尽可能低。目前市面上并没有专门针对晶圆级处理器成熟的供电方案，需要开发者针对自己晶圆级处理系统的实际供电及散热需求来进行设计。

针对此类问题，需要设计一个针对晶圆级处理器垂直供电系统的供电密度、功耗和供电管理优化的供电装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对晶圆处理器的共享控制式供电装置，解决了现有技术中大功率晶圆级处理器对供电及散热苛刻的要求（核心电压供电达一万安培以上），供电损耗高、供电电路面积大的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种针对晶圆处理器的共享控制式供电装置，采用多层垂直供电结构，将晶圆处理器的供电电路分为共享控制管理电路模块和直流变压及功率传输模块，所述直流变压及功率传输模块的上表面依次设置所述共享控制管理电路模块和所述晶圆处理器。

进一步地，所述共享控制管理电路模块包括硅基板和设置于所述硅基板内的若干共享控制管理电路组件，所述硅基板的上表面设置若干所述晶圆处理器，所述硅基板的下表面设置所述直流变压及功率传输模块，所述硅基板的外围，每两个所述晶圆处理器共享连接一个所述共享控制管理电路组件，所述硅基板的内围，每四个所述晶圆处理器共享连接一个所述共享控制管理电路组件。

进一步地，所述共享控制管理电路模块中进行电源控制冗余标记，对所述共享控制管理电路模块进行测试，通过测出的不良电源控制电路块和冗余电路块进行标记，然后断开所述直流变压及功率传输模块与所述共享控制管理电路模块对应的供电门控开关，进而完成电源控制冗余标记。

进一步地，所述共享控制管理电路组件包括相互电连接的共享管理单元、共享基准电压、异常检测及保护电路、上电时序控制、共享PWM控制逻辑、共享电源门逻辑和复位及看门狗逻辑；