JP2000124406A - 集積回路用データ通信装置ならびに集積回路チップおよびこの集積回路チップを用いた集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実装コストの上昇を招くことなく、集積回路の
集積度を上昇させることができる集積回路用データ通信
装置を提供する。 【解決手段】集積回路チップ３は、論理回路またはメモ
リ回路で構成されるプロセッサ部３１と、プロセッサ部
３１からのディジタル信号で搬送波を変調して送出する
送信回路および他の集積回路チップ３からの受信信号を
復調してプロセッサ部３１に与えるための受信回路を含
む送受信回路３２と、送受信兼用アンテナ３３とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、集積回路チップ
間でデータの送受を行うために有効に利用される集積回
路用データ通信装置に関する。

【０００２】

【背景技術および発明が解決しようとする課題】近年、
ＣＰＵチップなどの集積回路チップのクロック周波数お
よびビット数（取扱可能なデータ長）の増加に伴って、
マルチチップ集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）の
高性能化が急激に進んできている。そして、今日では、
６４ビットのＣＰＵチップを備えた集積回路が家庭用の
テレビゲーム機にまで搭載されるようになっており、今
後も集積回路の一層の高性能化が切望されている。

【０００３】たとえば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Sem
iconductor Field Effect Transistor）をさらに微細化
することにより、集積回路チップのビット数を増やすこ
とは可能である。しかしながら、集積回路チップのビッ
ト数を増やすと、各集積回路チップ間を接続するバスラ
イン数（パッド数）が増加し、これにより、必然的にチ
ップ間隔が大きくなって、集積回路の集積度が低下して
しまう。また、チップ間隔が大きくなると、チップ間の
配線長が長くなって配線容量が増大し、チップ間のデー
タ伝送に要する時間が長くなってしまう。以上の理由か
ら、１枚のボード上に集積回路チップを２次元的に配列
して構成される２次元集積回路の高性能化には限界が見
えてきている。

【０００４】そこで、最近では、ボード上で集積回路チ
ップを上下に積層することにより集積度を高めた３次元
集積回路が注目されてきている。ところが、このような
３次元集積回路においては、上下に積層されたチップ間
の配線が複雑であるために、２次元集積回路に比べて実
装コストが大幅に上昇してしまう。この発明は、上述の
ような背景の下になされたものであり、実装コストの上
昇を招くことなく、集積回路の集積度を上昇させること
ができる集積回路用データ通信装置を提供することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、集積回路
に実装される集積回路チップに備えられて、他の集積回
路チップとの間でディジタルデータの送受を行うための
データ通信装置であって、送信すべきディジタルデータ
で搬送波を変調して送出するための送信手段と、受信波
をディジタルデータに復調する受信手段とを含むことを
特徴とする集積回路用データ通信装置である。

【０００６】この発明によれば、集積回路チップ間で無
線データ通信を行うことができる。したがって、このデ
ータ通信装置を備えた集積回路チップをボード上に複数
個実装した集積回路では、各集積回路チップ間でデータ
伝送を行うためのバスラインの配線が不要であるから、
集積回路チップ間の間隔を小さくすることにより、実装
コストの上昇を招くことなく集積度を高めることができ
る。ゆえに、集積回路の性能をより向上させることがで
きる。

【０００７】また、バスラインの配線が不要であるか
ら、ボード上における集積回路チップの配置の自由度が
増し、集積回路チップの配置設計が容易になる。そのう
え、バスラインやＩ／Ｏ回路を駆動するための電力が不
要になるから、消費電力を低く抑えることができること
がある。請求項２記載の発明は、上記送信手段は、ＰＳ
Ｋ変調方式、ＡＳＫ変調方式、ＦＳＫ変調方式またはパ
ルス符号変調方式によって搬送波を変調するものである
ことを特徴とする請求項１記載の集積回路用データ通信
装置である。

【０００８】ディジタル変調方式としては、この請求項
２に記載されているように、ＰＳＫ変調方式、ＡＳＫ変
調方式、ＦＳＫ変調方式またはパルス符号変調方式を適
用することができる。請求項３記載の発明は、上記送信
手段と上記受信手段との間で行われるディジタル無線通
信には、符号分割多重アクセス方式が適用されているこ
とを特徴とする請求項１または２記載の集積回路用デー
タ通信装置である。

【０００９】たとえば、この集積回路用データ通信装置
が備えられる各集積回路チップに対してチップＩＤを設
定しておき、送信データ中にそのデータを受信すべき集
積回路チップのチップＩＤ情報を組み込んでおけば、デ
ータを受信した集積回路チップは、その受信データ中に
含まれているチップＩＤ情報に基づいて、その受信デー
タが必要なデータであるか否かを判断することができる
から、特定の集積回路チップのみにデータを伝送するこ
とが可能になる。

【００１０】符号多重分割アクセス方式においては、受
信側の集積回路チップは特定の拡散コードが乗積された
信号だけを変調するから、請求項３の発明のように通信
方式にＣＤＭＡ方式を採用した場合には、上述したチッ
プＩＤ情報を用いることなく、特定のチップ間でのデー
タ受信が可能となる。請求項４記載の発明は、集積回路
における予め定められている処理を行うための回路と、
その回路と電気的に接続され、他の集積回路チップとの
間でディジタル無線通信を行うために必要な送信回路お
よび受信回路とが、１つのチップエリア内に配列されて
いることを特徴とする集積回路チップである。

【００１１】この発明によれば、集積回路チップ間で無
線データ通信を行うことができる。請求項５記載の発明
は、請求項４記載の集積回路チップが、１枚のウエハに
複数個配列されていることを特徴とする集積回路であ
る。この発明によれば、各集積回路チップ間でデータ伝
送を行うためのバスラインの配線が不要であるから、集
積回路チップ間の間隔を小さくすることにより、実装コ
ストの上昇を招くことなく集積度を高めることができ
る。

【００１２】１枚のウエハに複数個の集積回路チップを
配列する場合、すべてのチップを良品とするには、超高
度な品質管理が必要であり、製品の歩留りもよくない。
すなわち、１枚のウエハにたとえば１０×１０＝１００
個の集積回路チップを配列する場合、通常、その中の１
個や２個には配線不良等のチップが生じる可能性があ
る。それをなくそうとすれば歩留りが悪くなる。

【００１３】そこで、請求項４記載の集積回路チップが
１枚のウエハに複数個配列された集積回路では、そのウ
エハに配列された複数個の集積回路チップのうち、いく
つかに不良のチップがある場合、その集積回路チップを
用いなければよい。不良の集積回路チップを用いなくて
も、その集積回路チップは、他の集積回路チップと接続
されていないので、良品の集積回路チップが不良品の集
積回路チップから受ける悪影響はない。

【００１４】また、データの送受信時に、不良チップに
対してデータの送受信を行わなければいいのであって、
不良チップを含む複数のチップが配列された１枚のウエ
ハをそのまま活用することができるわけである。そし
て、かかるウエハを積層して３次元集積回路を構成した
場合には、各層（ウエハ）においていくつかの不良品チ
ップがあっても、その不良品チップは使わないように、
ディジタル無線通信におけるデータの送受信を実現すれ
ばよい。

【００１５】これは無線通信であるからできることであ
り、有線通信の場合は、通信線を接続した後、すべての
チップが良品か否かの判別をしなければならない。ま
た、有線通信の場合、不良チップがあると、そのチップ
を飛ばして配線の接続をしなければならず、その接続が
非常に困難である。したがって、不良品チップを含んだ
状態での回路構成は困難である。

【００１６】さらにこれに関連して言えば、多層構造の
集積回路を構築する場合、たとえば１層目の回路を構成
し、その上に２層目の回路を構成する場合は、シリコン
単結晶層を用いるため、多層になるほどすべての層にお
いて不良品が生じないようにしなければならないから、
その製造は実質的に不可能に近かった。この発明では、
かかる欠点が解消される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の一実施形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る集積回路用データ通信装置が適
用された集積回路の構成を模式的に示す斜視図である。
この集積回路１は、１枚のボード２上に複数個の集積回
路チップ３をｍ行×ｎ列の行列状に配列したマルチチッ
プ集積回路であり、列方向に隣接する集積回路チップ３
間には、各集積回路チップ３に電力を供給するための電
源ライン４がパターン形成されている。

【００１８】図２は、集積回路チップ３の構成を示す図
解図である。集積回路チップ３は、他の集積回路チップ
３との間で無線データ通信を行うことができるようにな
っている。具体的に説明すれば、集積回路チップ３は、
論理回路またはメモリ回路で構成されるプロセッサ部３
１と、プロセッサ部３１からのディジタル信号で搬送波
を変調して送出する送信回路および他の集積回路チップ
３からの受信信号を復調してプロセッサ部３１に与える
ための受信回路を含む送受信回路３２と、送受信兼用ア
ンテナ３３とを備えている。送受信兼用アンテナ３３
は、たとえばアルミニウム線などの金属線を１本または
複数本並列して構成されたものであり、その長さは、ア
ンテナの形式によるが、たとえば半波長アンテナの場合
には、送信波の波長をλとすると約λ／２に設計され
る。

【００１９】また、集積回路チップ３には、たとえば一
方端縁に沿って、図１に示す電源ライン４から電力を受
け取るための電源用パッド３４が配設されている。図３
は、送受信回路３２に備えられた送信回路の構成を示す
ブロック図である。この送信回路５０は、たとえば４相
ＰＳＫ(Phase Shift Keying)変調方式を採用したもので
あり、２つの１ビットディジタル信号（ベースバンド信
号）Ｉ，Ｑを同時に伝送することができる。

【００２０】この送信回路５０には、プロセッサ部３１
（図２参照）から送られてくるディジタル信号Ｉ，Ｑを
それぞれ高周波変調するための変調器５１，５２が備え
られている。変調器５１には、周波数シンセサイザ５６
で作成される基準搬送波 (Ｓinωt)の位相を９０゜偏移
して得られる搬送波が与えられている。変調器５１は、
この搬送波をディジタル信号Ｉで変調し、その変調波を
加算器５３に与える。一方、変調器５２には、周波数シ
ンセサイザ５６で作成された基準搬送波がそのまま入力
されている。変調器５２は、周波数シンセサイザ５６か
らの基準搬送波をディジタル信号Ｑで変調して加算器５
３に与える。

【００２１】加算器５３は、変調器５１，５２から与え
られる９０゜位相のずれた２種の変調波を足し合わせて
合成波を作成する。加算器５３で作成された合成波は、
マッチングネットワーク５４に与えられて所定の搬送周
波数（たとえば１．５ＧＨｚ）に合わせられた後、高周
波増幅器５５で増幅される。こうして得られた送信波
は、送受信兼用アンテナ３３から空中に送出される。

【００２２】図４は、送受信回路３２に備えられた受信
回路の構成を示すブロック図である。この受信回路は、
４相ＰＳＫ変調方式で変調されて送出された送信波を復
調するためのものであり、ヘテロダイン受信部６０と同
期検波部７０とを備えている。ヘテロダイン受信部６０
には、送受信兼用アンテナ３３で受信した受信波を増幅
するための低雑音増幅器６１が備えられている。低雑音
増幅器６１で増幅された受信波は、帯域フィルタ(BPF:b
and pass filter)６２に与えられて、この無線データ通
信に使用されている周波数帯域以外の周波数成分が除去
される。そして、混合器６３に与えられて、周波数シン
セサイザ６４から出力される所定周波数の局部発信信号
と混合されることにより周波数が下げられる。こうして
周波数が下げられた受信波は、帯域フィルタ６５で周波
数帯域がさらに絞り込まれた後、増幅器６６で増幅され
て同期検波部７０に入力される。

【００２３】同期検波部７０に入力された受信波は、乗
算器７１，７２に与えられる。乗算器７１には、周波数
シンセサイザ７３から上記基準搬送波 (Ｓinωt)と同一
周波数の正弦波の位相を９０゜偏移して得られる信号が
与えられている。乗算器７１は、この信号と乗算器７１
に与えられる受信波とを乗算し、この乗算によって得ら
れた信号を低域フィルタ(LPF:low pass filter) ７４に
与える。低域フィルタ７４では、乗算器７１からの信号
の高周波成分が除去されることによりベースバンド信号
成分だけが取り出される。低域フィルタ７４を通過した
ベースバンド信号は加算器７５に与えられる。

【００２４】一方、乗算器７２に与えられる受信波は、
周波数シンセサイザ７３から出力された上記基準搬送波
と同一周波数の正弦波と乗算された後に、低域フィルタ
７６に与えられる。低域フィルタ７６は、乗算器７２か
らの信号の高周波成分を除去することによりベースバン
ド信号だけを取り出し、その取り出したベースバンド信
号を加算器７５に与える。加算器７５は、乗算器７１，
７２から与えられるベースバンド信号をシリアルに結合
して、正負判定部７７に向けて出力する。正負判定部７
７は、加算器７５から与えられる各ベースバンド信号の
正負を判定し、各ベースバンド信号をその正負に応じた
１ビットディジタル信号に変換する。これにより、加算
器７５からのベースバンド信号列は２列のディジタル信
号（００，０１，１０，１１）に復調され、その復調さ
れたディジタル信号が、図２に示すプロセッサ部３１に
向けて送出される。

【００２５】以上のようにこの実施形態によれば、集積
回路チップ３間で無線データ通信を行うことができる。
したがって、この集積回路チップ３を１枚のボード２上
に複数個実装した集積回路１では、各集積回路チップ３
間でデータ伝送を行うためのバスラインが無線回線で実
現されるから、集積回路チップ３間の間隔を小さくして
集積度を高めることができ、従来の集積回路と比較して
性能を向上させることができる。

【００２６】また、バスラインが無線回線で実現される
から、ボード２上における集積回路チップ３の配置の自
由度が増し、集積回路チップ３の配置設計が容易にな
る。また、バスラインやＩ／Ｏ回路を駆動するための電
力に代えて送受信回路３２を駆動する電力が必要になる
が、この電力が低くて済む場合には、消費電力を低く抑
えることができる。

【００２７】また、予めボード２上の各集積回路チップ
３に対してチップＩＤを設定しておき、送信データ中に
そのデータを受信すべき集積回路チップ３のチップＩＤ
情報を組み込んでおけば、特定の集積回路チップ３のみ
にデータを伝送することも可能である。すなわち、デー
タを受信した集積回路チップ３は、その受信データ中に
含まれているチップＩＤ情報を読み取って、その受信デ
ータが必要なデータであるか否かを判断し、必要なデー
タであればそのまま取得し、不要なデータであれば破棄
すればよい。また、送信データ中に自己（送信元）のチ
ップＩＤ情報を組み込んでおけば、その送信データを受
信した集積回路チップ３は、受信データの送信元を認識
することができる。

【００２８】さらに、各集積回路チップ３間のデータの
授受を無線通信により行うことができるから、１つの集
積回路チップ３から複数個の集積回路チップ３へ同時に
同じデータを送信することができる。ゆえに、たとえば
超並列コンピュータで採用されている単一命令複数デー
タ流方式(SIMD:Single Instruction Multiple Data)を
簡単な構成で実現することができる。

【００２９】また、図５に示すように、集積回路チップ
３をボード２上に実装した集積回路１１，１２，１３，
１４，１５を上下に複数個積層して３次元集積回路を作
成することにより、集積度をより高めることができる。
この３次元集積回路では、各層内における集積回路チッ
プ３間でのデータ授受および互いに異なる層に設けられ
た集積回路チップ３間でのデータ授受を無線通信により
行うことができるので、各層内におけるバスラインおよ
び各層間のデータ伝送のための配線が不要である。した
がって、ボード上で集積回路チップを上下に積層した従
来の３次元集積回路と比較して、実装コストを大幅に低
減することができる。

【００３０】また、図５に示す３次元集積回路に含まれ
る各集積回路チップ３は、多数のニューロン間をネット
ワーク的に結合した人間の頭脳のようにデータ通信を行
うことができるから、上記ニューロンの機能を集積回路
チップ３に持たせることができれば、人工頭脳を作成す
ることが可能となる。さらにまた、たとえば、１層目の
集積回路１１に設けられた集積回路チップ３をＣＰＵチ
ップで構成し、２層目の集積回路１２に設けられた集積
回路チップ３をメモリチップで構成し、３層目の集積回
路１３に設けられたＤＳＰ(Digital Signal Processor)
で構成するといったように、各層の集積回路チップ３を
同一種類のチップで構成することにより、超並列コンピ
ュータと同様な機能を有する３次元集積回路を作成する
ことができる。

【００３１】また、この実施形態のように集積回路チッ
プ３間で無線データ通信を行うことができれば、次のよ
うなシステムの実現が可能となる。すなわち、集積回路
チップ３を備えた集積回路をパーソナルコンピュータに
搭載すれば、たとえばオフィス内において各パーソナル
コンピュータ間で無線データ通信を行うことができ、オ
フィス内に無線形式のローカルネットを構築することが
できる。また、他のパーソナルコンピュータのＣＰＵチ
ップの稼働率を確認し、稼働率が低い場合には、そのＣ
ＰＵチップにデータを伝送してデータ処理を実行させる
ことができる。これにより、各パーソナルコンピュータ
のＣＰＵチップを効率良く利用することができる。

【００３２】以上、この発明の一実施形態について説明
したが、この発明は、上記の一実施形態に限定されるも
のではない。たとえば、上記の一実施形態においては、
ディジタル信号の変調方式として４相ＰＳＫ変調方式が
適用された場合を例にとって説明したが、この４相ＰＳ
Ｋ変調方式以外にも、２相ＰＳＫ変調方式や８相ＰＳＫ
変調方式などを適用することもできる。また、ＰＳＫ変
調方式以外にも、ＡＳＫ(ASK:amplitude shift keying)
変調方式やＦＳＫ(FSK:frequency shift keying)変調方
式を適用することもできる。

【００３３】さらに、搬送波として正弦波を用いる方式
に限らず、この正弦搬送波に代えてパルス搬送波を用い
る方式、たとえばパルス符号変調方式が適用されてもよ
い。また、上記の一実施形態の説明では、送信回路から
送出される送信波の周波数は、たとえば１．５ＧＨｚで
あるとした。しかしながら、送信波の周波数は、上記
１．５ＧＨｚには限定されず、適宜に変更することがで
きる。ただし、ディジタル信号の周波数(その上限は、
通常、クロック周波数で規定される)より高くする必要
がある。

【００３４】さらに、各集積回路チップ間の無線データ
通信には、複数の異なる搬送周波数を用いてもよい。た
とえば、受信側の集積回路チップが、特定の周波数の信
号だけを受信するようにしておくことにより、上述した
チップＩＤ情報を用いることなく、特定のチップ間での
データ受信が可能となる。また、メモリチップ同士では
第１周波数を、論理回路同士では第２周波数を用いると
いうように使用する周波数を分けることにより、ディジ
タル無線通信の信頼性を向上させることが期待できる。

【００３５】さらに、各集積回路チップ間の無線データ
通信に、符号分割多重アクセス (ＣＤＭＡ：Code Divis
ion Multiple Access)方式を採用してもよい。このＣＤ
ＭＡ方式において、受信側の集積回路チップは特定の拡
散コードが乗積された信号だけを変調するから、ＣＤＭ
Ａ方式を採用した場合には、上述したチップＩＤ情報を
用いることなく、特定のチップ間でのデータ受信が可能
となる。

【００３６】また、上記の一実施形態では、送受信兼用
アンテナで電波を送受信する構成を取り上げたが、送信
用アンテナと受信用アンテナとが別々に設けられていて
もよい。さらに、上記の一実施形態では、平面状のボー
ド上に複数個の集積回路チップを配列した例を挙げた
が、ボードは必ずしも平面状に形成される必要はない。
たとえば、図６に示すように、多角筒状に形成されたボ
ード８０の外表面８１または内表面８２に複数個の集積
回路チップが配列されることによって集積回路が構成さ
れてもよい。

【００３７】また、上記の一実施形態では、１つの集積
回路チップの中に論理回路またはメモリ回路で構成され
るプロセッサ部（回路ブロック）と、送信回路および受
信回路を含む送受信回路（通信ブロック）とが備えられ
ているとしたが、プロセッサ部と送受信回路とが別々の
チップに備えられていてもよい。この場合、プロセッサ
部のみを備えたチップと送受信回路のみを備えたチップ
とは、従来から用いられている有線のバスラインを介し
てデータ通信が行われ、これらのチップ対と他のプロセ
ッサ部のみを備えたチップおよび送受信回路のみを備え
たチップの対との間では無線データ通信が行われるとよ
い。

【００３８】その他、特許請求の範囲に記載された技術
的事項の範囲内で、種々の設計変更を施すことが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る集積回路用データ
通信装置が適用された集積回路の構成を模式的に示す斜
視図である。

【図２】集積回路チップの構成を示す図解図である。

【図３】送信回路の構成を示すブロック図である。

【図４】受信回路の構成を示すブロック図である。

【図５】３次元集積回路の構成を模式的に示す斜視図で
ある。

【図６】多角筒状に形成されたボードを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，１１，１２，１３，１４，１５ 集積回路 ２，８０ ボード（ウエハ） ３ 集積回路チップ ３１ プロセッサ部（予め定められている処理を行う
ための回路） ３２ 送受信回路 ３３ 送受信兼用アンテナ ５０ 送信回路（送信手段） ６０ ヘテロダイン受信部（受信手段、受信回路） ７０ 同期検波部（受信手段、受信回路）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集積回路に実装される集積回路チップに備
   えられて、他の集積回路チップとの間でディジタルデー
   タの送受を行うためのデータ通信装置であって、 送信すべきディジタルデータで搬送波を変調して送出す
   るための送信手段と、受信波をディジタルデータに復調
   する受信手段とを含むことを特徴とする集積回路用デー
   タ通信装置。
2. 【請求項２】上記送信手段は、ＰＳＫ変調方式、ＡＳＫ
   変調方式、ＦＳＫ変調方式またはパルス符号変調方式に
   よって搬送波を変調するものであることを特徴とする請
   求項１記載の集積回路用データ通信装置。
3. 【請求項３】上記送信手段と上記受信手段との間で行わ
   れるディジタル無線通信には、符号分割多重アクセス方
   式が適用されていることを特徴とする請求項１または２
   記載の集積回路用データ通信装置。
4. 【請求項４】集積回路における予め定められている処理
   を行うための回路と、 その回路と電気的に接続され、他の集積回路チップとの
   間でディジタル無線通信を行うために必要な送信回路お
   よび受信回路とが、１つのチップエリア内に配列されて
   いることを特徴とする集積回路チップ。
5. 【請求項５】請求項４記載の集積回路チップが、１枚の
   ウエハに複数個配列されていることを特徴とする集積回
   路。