JP2006310663A - 演算処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】不良の演算ブロックにおけるリーク電流を防止する。
【解決手段】本発明の例に関わる演算処理装置は、同一機能を持つ複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3と、複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3の各々に独立に設けられる電源線と、複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3のうち正常に動作しない演算ブロックPE0を除く演算ブロックPE1,PE2,PE3上に配置され、これら演算ブロックPE1,PE2,PE3の各々に独立に設けられる電源端子12とを備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、1チップ内に同一機能を持つ複数の演算ブロックが混載される演算処理装置に関する。
マイクロプロセッサなどの演算処理装置では、1チップ内に同一機能を持つ複数の演算ブロックを配置し、複数の演算ブロックを並列動作させて処理能力の向上を図る技術が注目されている。この技術によれば、設計時に演算ブロックの数を決めることで、システムの種類に応じて適切な演算処理装置を短期間で提供できるというメリットも享受できる。
また、このような演算処理装置では、良品歩留りを向上させることを目的に、1チップ内に正常に動作しない演算ブロックが存在する場合であっても、そのブロックを不良ブロックとして使用を禁止し、正常に動作する演算ブロックのみを機能させることによりそのチップを良品とする、いわゆるロジックリダンダンシイ技術を採用する。
しかし、ロジックリダンダンシイ技術では、不良ブロックのリーク電流が低消費電力化の大きな妨げになっている。即ち、実際には使用しない不良ブロックにも電源電圧が供給されるため、特に、不良ブロック内に電源ショート不良が発生している場合には、演算処理装置で消費する電力は莫大なものとなる。
一方、半導体メモリの分野では、電源線とメモリブロックとの間にフューズ素子を接続し、メモリブロックが不良である場合には、フューズ素子を切断することで、そのメモリブロックに電源電圧が供給されないようにする、いわゆるパワーアイソレーション技術が知られている。
しかし、パワーアイソレーション技術は、半導体メモリのように、消費電流が小さい回路に有効な技術で、演算処理装置を含むロジック回路のように、消費電流が半導体メモリに比べて大きい回路には適用できない。なぜなら、電源線と演算ブロックとの間にフューズ素子を接続すると、フューズ素子(抵抗素子)の電圧降下により演算ブロックの動作に支障がでるためである。
特開平11−328133号公報
本発明の例では、複数の演算ブロックを有する演算処理装置の不良ブロックにおけるリーク電流を防止する技術を提案する。
本発明の例に関わる演算処理装置は、同一機能を持つ複数の演算ブロックと、複数の演算ブロックの各々に独立に設けられる電源線と、複数の演算ブロックのうち正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロック上に配置され、正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロックの各々に独立に設けられる電源端子とを備える。
本発明の例によれば、複数の演算ブロックを有する演算処理装置の不良ブロックにおけるリーク電流を防止できる。
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
1. 概要
図1は、本発明の例の対象となる演算処理装置を示している。
チップ10内には、コントローラ(controller)及び同一機能を持つ複数の演算ブロック(processing element)PE0,PE1,PE2,PE3が配置される。コントローラは、例えば、CPU(central processing unit)として機能し、複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3は、例えば、信号処理プロセッサとして機能する。
ここで、複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3のうちの少なくとも1つが正常に動作しない不良ブロックである場合の対応としては、A.チップ10を不良品とする、B.ロジックリダンダンシイ技術により救済する、C.仕様の異なる製品として良品化する、の3つの対応が考えられる。
Bのロジックリダンダンシイ技術は、例えば、仕様が、3つの演算ブロックを有する演算処理装置に設定される場合に、チップ10内に、3つの演算ブロックと1つ以上の冗長ブロック(演算ブロック)とを配置し、不良ブロックNGが発生しても、チップ10を良品として救済可能な技術のことである。
Cの良品化は、例えば、全ての演算ブロックが不良とならない限り、不良ブロックNGが発生しても、正常に動作する演算ブロックの数に応じてチップ10の仕様を変更し、その仕様に適したアプリケーションに適用することで、チップ10を良品として救済する技術のことである。
本発明の例では、このようなロジックリダンダンシイ技術又は良品化により救済された演算処理装置において、不良ブロックNGにおけるリーク電流を完全に防止するための技術を提案する。
そのために、本発明の例では、複数の演算ブロックに電源電圧を供給する経路に関して、その一部又は全部をブロックごとに独立に設け、かつ、不良ブロックNGに対しては、フューズ素子という新たな素子の追加なしに、電源電圧の供給経路を切断する、という構成を採用する。この場合、正常な演算ブロックに電源電圧が供給され、不良ブロックNGには電源電圧が供給されないため、不良ブロックNGにおけるリーク電流は完全に防止できる。
電源電圧の供給経路を切断する箇所としては、図2に示すように、(1) チップ端子(バンプ)、(2) パッケージ11のチップ側端子(パッド)、及び、(3) パッケージ11のPCB(print circuit board)側端子(バンプ)のうちのいずれか1つとする。これらの切断箇所に応じて、チップ10及びパッケージ11の構成が変わるため、その詳細は、以下の実施の形態で説明する。
2. 実施の形態
次に、最良と思われるいくつかの実施の形態について説明する。
(1) 第1実施の形態
第1実施の形態は、チップ端子(バンプ)において、電源電圧の供給経路の切断の有無を演算ブロックごとに設定する演算処理装置に関する。
A. 構成
図3及び図4は、第1実施の形態に関わる演算処理装置を示している。
チップ10内には、コントローラ及び同一機能を持つ複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3が配置される。動作テストの結果、複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3のうち、演算ブロックPE0が正常に動作しない不良ブロックNGと判定されたとする。
チップ10上には、チップ端子(バンプ)12が配置される。演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3上に配置されるチップ端子12は、電源電圧(VDD又はVSS)を供給するための電源端子であり、演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3ごとに独立に設ける。
但し、不良ブロックNGと判定された演算ブロックPE0については、演算ブロックPE0に対する電源電圧の供給を遮断するために、演算ブロックPE0上にチップ端子12を配置しない。
コントローラ上のチップ端子12は、コントローラ12に電源電圧を供給するための電源端子であり、チップ10の縁部に設けられるチップ端子12は、データの入出力などに使用されるI/O(input/output)端子である。
ここで、不良ブロックNGである演算ブロックPE0上にチップ端子12を配置しない場合であっても、チップ10内に形成されるコントローラや演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3などの回路ブロック間で、電源線が共有されていると、不良ブロックNGに電源電圧が供給されてしまう。
そこで、図4に示すように、電源線(VDD又はVSS)に関しても、チップ10内に配置される回路ブロックごとに独立に設ける。
即ち、電源線は、1つの回路ブロック、例えば、演算ブロックPE0内で閉じている。従って、1つの回路ブロックに供給される電源電圧が他の回路ブロックに伝わることはない。
図5は、図3及び図4のチップをパッケージに搭載する様子を示している。
パッケージ11の一面には、PCB側端子(バンプ)13がアレイ状に配置される。また、パッケージ11の他面には、チップ10を搭載するための凹部が設けられ、その凹部には、チップ端子12に対応して、チップ側端子(パッド)14がアレイ状に配置される。
ここで、パッケージ11については、演算ブロックPE0に対応する部分にもチップ側端子14が配置される。つまり、パッケージ11については、例えば、電源プレートが全ての演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3の間で共通化される汎用パッケージを使用することができるため、製品のコストダウンが可能である。
但し、図6に示すように、チップ10側においては、不良ブロックNGである演算ブロックPE0上には、チップ端子12が配置されないため、演算ブロックPE0に電源電圧が供給されることはない。
尚、ここで説明したパッケージは一例であり、本発明の例は、パッケージの種類に限定されず、様々な種類のパッケージに適用可能である。
このような構成によれば、電源線の独立化とチップ端子のレイアウトの変更のみで不良ブロックに対する電源電圧を遮断できるため、不良ブロックでのリーク電流を完全に防止できる。また、電源電圧の遮断にフューズ素子を用いないため、電圧降下による回路ブロックの動作不良という問題もない。
B. 変形例
図7乃至図9は、第1実施の形態のチップの変形例を示している。
図7は、演算ブロックPE1が不良ブロックNGの場合である。この場合、演算ブロックPE1上にチップ端子12が配置されない。
同様に、図8及び図9に示すように、演算ブロックPE2,PE3が不良ブロックNGである場合には、演算ブロックPE2,PE3上にチップ端子12が配置されない。
演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3のうちの2つ以上が不良ブロックNGである場合であっても、それらの不良ブロックNG上にチップ端子12を配置しなければ、第1実施の形態と同様の効果を得ることができる。
C. 製造方法
図10は、第1実施の形態の演算処理装置の製造方法を示している。
まず、チップ上にコントローラや演算ブロックなどの回路ブロックを形成した後、これら回路ブロックについて動作テストを行う。この動作テストは、例えば、チップ上のパッドにテスタのプローブを接触させて回路ブロックの機能を確認する、というものである(ステップST1)。
次に、動作テストの結果に応じて、チップ端子(バンプ)のレイアウトの選択を行う。例えば、演算ブロックPE0が不良と判定された場合には、演算ブロックPE0上にチップ端子が存在しないレイアウトを選択し、かつ、そのレイアウトでチップ端子を形成する(ステップST2)。
最後に、チップをパッケージに搭載するパッケージングを行えば、第1実施の形態の演算処理装置が得られる(ステップST3)。
D. その他
第1実施の形態では、不良ブロックの電源電圧(VDD又はVSS)のうちの少なくとも1つを遮断すれば、リーク電流の防止という目的を達成できる。また、第1実施の形態は、3つ以上の電源電圧(VDD1,VDD2,・・・VSS)を用いる場合にも適用可能である。
第1実施の形態によれば、複数の演算ブロックを有する演算処理装置の不良ブロックにおけるリーク電流を防止できる。
(2) 第2実施の形態
第2実施の形態は、パッケージのチップ側端子(パッド)において、電源電圧の供給経路の切断の有無を演算ブロックごとに設定する演算処理装置に関する。
A. 構成
図11及び図12は、第2実施の形態に関わる演算処理装置を示している。
チップ10内には、コントローラ及び同一機能を持つ複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3が配置される。第1実施の形態と同様に、動作テストの結果、複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3のうち、演算ブロックPE0が正常に動作しない不良ブロックNGと判定されたとする。
チップ10上には、チップ端子(バンプ)12が配置される。演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3上に配置されるチップ端子12は、電源電圧(VDD又はVSS)を供給するための電源端子であり、演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3ごとに独立に設ける。
尚、第2実施の形態では、不良ブロックNGと判定された演算ブロックPE0上にもチップ端子12を配置する。
コントローラ上のチップ端子12は、コントローラ12に電源電圧を供給するための電源端子であり、チップ10の縁部に設けられるチップ端子12は、データの入出力などに使用されるI/O端子である。
電源線(VDD又はVSS)に関しては、第1実施の形態と同様に、チップ10内に配置される回路ブロックごとに独立に設ける。即ち、電源線は、1つの回路ブロック、例えば、演算ブロックPE0内で閉じているため、1つの回路ブロックに供給される電源電圧が他の回路ブロックに伝わることはない。
図13は、図11及び図12のチップをパッケージに搭載する様子を示している。
パッケージ11の一面には、PCB側端子(バンプ)13がアレイ状に配置される。また、パッケージ11の他面には、チップ10を搭載するための凹部が設けられ、その凹部には、チップ端子12に対応してチップ側端子(パッド)14がアレイ状に配置される。
但し、図14に示すように、パッケージ11に関しては、不良ブロックNGと判定された演算ブロックPE0に対応する部分には、演算ブロックPE0に対する電源電圧の供給を遮断するために、チップ側端子(電源端子)14を配置しない。
従って、演算ブロックPE0に電源電圧が供給されることはない。
尚、ここで説明したパッケージは一例であり、本発明の例は、パッケージの種類に限定されず、様々な種類のパッケージに適用可能である。
このような構成によれば、電源線の独立化とパッケージのチップ側端子のレイアウトの変更のみで不良ブロックに対する電源電圧を遮断できるため、不良ブロックでのリーク電流を完全に防止できる。また、電源電圧の遮断にフューズ素子を用いないため、電圧降下による回路ブロックの動作不良という問題もない。
さらに、チップ電極のレイアウトの選択は不要であるため、チップの製造工程を簡略化かつ同一化できる。
B. 変形例
図15乃至図17は、第2実施の形態のチップの変形例を示している。
図15は、演算ブロックPE1が不良ブロックNGの場合である。この場合、演算ブロックPE1に対応する部分には、チップ側端子(電源端子)14を配置しない。
同様に、図16及び図17に示すように、演算ブロックPE2,PE3が不良ブロックNGである場合には、演算ブロックPE2,PE3に対応する部分には、チップ側端子(電源端子)14を配置しない。
演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3のうちの2つ以上が不良ブロックNGである場合であっても、それらの不良ブロックNGに対応する部分にチップ側端子(電源端子)14を配置しなければ、第2実施の形態と同様の効果を得ることができる。
C. 製造方法
図18は、第2実施の形態の演算処理装置の製造方法を示している。
まず、チップ上に、コントローラや演算ブロックなどの回路ブロックを形成し、かつ、チップ端子(バンプ)を形成した後、これら回路ブロックについて動作テストを行う。この動作テストは、例えば、チップ端子にテスタのプローブを接触させて回路ブロックの機能を確認する、というものである(ステップST1)。
次に、動作テストの結果に応じて、パッケージのチップ側端子(パッド)のレイアウトの選択を行う。例えば、演算ブロックPE0が不良と判定された場合には、演算ブロックPE0に対応する部分にチップ側端子を配置しないレイアウトを選択する(ステップST2)。
最後に、チップを選択されたパッケージに搭載するパッケージングを行えば、第2実施の形態の演算処理装置が得られる(ステップST3)。
D. その他
第2実施の形態においても、不良ブロックの電源電圧(VDD又はVSS)のうちの少なくとも1つを遮断すれば、リーク電流の防止という目的を達成できる。また、第2実施の形態は、3つ以上の電源電圧(VDD1,VDD2,・・・VSS)を用いる場合にも適用可能である。
第2実施の形態によれば、複数の演算ブロックを有する演算処理装置の不良ブロックにおけるリーク電流を防止できる。
(3) 第3実施の形態
第3実施の形態は、パッケージのPCB側端子(バンプ)において、電源電圧の供給経路の切断の有無を演算ブロックごとに設定する演算処理装置に関する。
A. 構成
図19乃至図21は、第3実施の形態に関わる演算処理装置を示している。
チップ10の構成は、第2実施の形態と同じとなる。
即ち、図11及び図12に示すように、チップ10内には、コントローラ及び同一機能を持つ複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3が配置される。チップ10内の電源線は、回路ブロックごとに独立化する。
パッケージ11の一面には、PCB側端子(バンプ)13がアレイ状に配置される。また、パッケージ11の他面には、チップ10を搭載するための凹部が設けられ、その凹部には、チップ端子12に対応してチップ側端子(パッド)14がアレイ状に配置される。
第3実施の形態では、パッケージ11内に、複数の演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3に対応する独立化した複数の電源プレートVDD for PE0,VDD for PE1,VDD for PE2,VDD for PE3を設ける。
また、不良ブロックNGと判定された演算ブロックPE0に対応する電源プレートVDD for PE0には、演算ブロックPE0に対する電源電圧の供給を遮断するために、パッケージ11のPCB側端子(バンプ)13を接続しない。
従って、演算ブロックPE0に電源電圧が供給されることはない。
尚、ここで説明したパッケージは一例であり、本発明の例は、パッケージの種類に限定されず、様々な種類のパッケージに適用可能である。
このような構成によれば、電源線の独立化とパッケージのPCB側端子のレイアウトの変更のみで不良ブロックに対する電源電圧を遮断できるため、不良ブロックでのリーク電流を完全に防止できる。また、電源電圧の遮断にフューズ素子を用いないため、電圧降下による回路ブロックの動作不良という問題もない。
さらに、チップ電極のレイアウトの選択は不要であるため、チップの製造工程を簡略化かつ同一化できる。
B. 製造方法
図22は、第3実施の形態の演算処理装置の製造方法を示している。
まず、チップ上に、コントローラや演算ブロックなどの回路ブロックを形成し、かつ、チップ端子(バンプ)を形成した後、これら回路ブロックについて動作テストを行う。この動作テストは、例えば、チップ端子にテスタのプローブを接触させて回路ブロックの機能を確認する、というものである(ステップST1)。
次に、動作テストの結果に応じて、パッケージのPCB側端子(バンプ)のレイアウトの選択を行う。例えば、演算ブロックPE0が不良と判定された場合には、演算ブロックPE0に対応する電源プレートにPCB側端子を接続しないレイアウトを選択する(ステップST2)。
最後に、チップを選択されたパッケージに搭載するパッケージングを行えば、第3実施の形態の演算処理装置が得られる(ステップST3)。
C. その他
第3実施の形態においても、第1及び第2実施の形態と同様に、演算ブロックPE1,PE2,PE3のうちの1つが不良の場合や、演算ブロックPE0,PE1,PE2,PE3のうちの2つ以上が不良である場合などへの適用が可能である。
第3実施の形態においても、不良ブロックの電源電圧(VDD又はVSS)のうちの少なくとも1つを遮断すれば、リーク電流の防止という目的を達成できる。また、第3実施の形態は、3つ以上の電源電圧(VDD1,VDD2,・・・VSS)を用いる場合にも適用可能である。
第3実施の形態によれば、複数の演算ブロックを有する演算処理装置の不良ブロックにおけるリーク電流を防止できる。
3. 適用例
本発明の例は、マイクロプロセッサ、グラフィックプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、マイコンなどの演算処理装置に適用可能である。
また、本発明の例に関わる演算処理装置は、図23に示すように、有効な演算ブロックPEの数に応じて、適切なアプリケーション、例えば、携帯機器、ゲーム機、TVなどに振り分けて使用することができる。
4. その他
本発明の例によれば、複数の演算ブロックを有する演算処理装置の不良ブロックにおけるリーク電流を防止できる。
尚、本発明の例に関して、複数の演算ブロックは、同一機能を有しているものに加え、例えば、レイアウトが同一である複写ブロック(duplicate block)であってもよい。
複写ブロックには、マルチコアプロセッサのコアプロセッサ、グラフィックプロセッサのシェーダー処理部などが含まれる。
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の例の対象となる演算処理装置を示す図。 本発明の例の概要を示す図。 第1実施の形態の演算処理装置を示す図。 第1実施の形態の演算処理装置を示す図。 第1実施の形態に関わるチップとパッケージを示す図。 第1実施の形態に関わるチップの構造を示す図。 第1実施の形態の第1変形例を示す図。 第1実施の形態の第2変形例を示す図。 第1実施の形態の第3変形例を示す図。 第1実施の形態の演算処理装置の製造方法を示す図。 第2実施の形態の演算処理装置を示す図。 第2実施の形態の演算処理装置を示す図。 第2実施の形態に関わるチップとパッケージを示す図。 第2実施の形態に関わるパッケージの構造を示す図。 第2実施の形態の第1変形例を示す図。 第2実施の形態の第2変形例を示す図。 第2実施の形態の第3変形例を示す図。 第2実施の形態の演算処理装置の製造方法を示す図。 第3実施の形態に関わるチップとパッケージを示す図。 第3実施の形態に関わるパッケージの構造を示す図。 第3実施の形態に関わるパッケージの構造を示す図。 第3実施の形態の演算処理装置の製造方法を示す図。 本発明の例の演算処理装置の適用例を示す図。
符号の説明
10: チップ、 11: パッケージ、 12: チップ端子(バンプ)、 13: PCB側端子(バンプ)、 14: チップ側端子(パッド)、 15: PCB基板。

Claims (6)

  1. 同一機能を持つ複数の演算ブロックと、前記複数の演算ブロックの各々に独立に設けられる電源線と、前記複数の演算ブロックのうち正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロック上に配置され、前記正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロックの各々に独立に設けられる電源端子とを具備することを特徴とする演算処理装置。
  2. 同一機能を持つ複数の演算ブロックと、前記複数の演算ブロックの各々に独立に設けられる電源線と、前記複数の演算ブロック上に配置され、前記複数の演算ブロックの各々に独立に設けられる電源端子とから構成されるチップ、及び、前記チップが搭載され、前記複数の演算ブロックのうち正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロック上の電源端子に接続されるチップ側端子を有するパッケージを具備することを特徴とする演算処理装置。
  3. 同一機能を持つ複数の演算ブロックと、前記複数の演算ブロックの各々に独立に設けられる電源線と、前記複数の演算ブロック上に配置され、前記複数の演算ブロックの各々に独立に設けられる電源端子とから構成されるチップ、及び、前記複数の演算ブロックの各々に独立に接続される電源プレートと、前記複数の演算ブロックのうち正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロックに接続される電源プレートに接続されるPCB側端子とから構成されるパッケージを具備することを特徴とする演算処理装置。
  4. 同一機能を持つ複数の演算ブロックについて動作テストを行い、前記演算ブロックのうち正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロック上に、前記正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロックの各々に独立に設けられる電源端子を形成し、この後、パッケージングを行うことを特徴とする演算処理装置の製造方法。
  5. 同一機能を持つ複数の演算ブロックについて動作テストを行い、前記演算ブロックのうち正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロックの電源端子に対応するチップ側端子を有するパッケージを形成し、この後、パッケージングを行うことを特徴とする演算処理装置の製造方法。
  6. 同一機能を持つ複数の演算ブロックについて動作テストを行い、前記複数の演算ブロックの各々に独立に接続される電源プレートと前記複数の演算ブロックのうち正常に動作しないと判断された演算ブロックを除く演算ブロックに接続される電源プレートに接続されるPCB側端子とを有するパッケージを形成し、この後、パッケージングを行うことを特徴とする演算処理装置の製造方法。
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