JP2014041869A - Lamination multiple core lsi - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、映像処理用のマルチコアを積層配置する際の放熱性に関するものである。 The present invention relates to heat dissipation when multi-cores for image processing are stacked.
近年デジタルカメラでは、高解像度の動画処理の流れが顕著であり、4K2K等の解像度の高いフレームサイズの画像処理が行われつつある。フレームサイズの増大に伴い、画像処理量が多くなるため、複数のDSPチップで構成されたマルチコアのLSIで画像処理を行うシステムが提案されている。マルチチップ間での高速な信号伝送へ対応するため、コアチップを縦方向に積層して実装した積層チップがある。縦方向に積層したマルチコアチップでは、各コアでの熱が集中し、DSPチップの動作を不安定にする懸念がある。 In recent years, in digital cameras, the flow of high-resolution moving image processing is remarkable, and image processing with a high-resolution frame size such as 4K2K is being performed. As the frame size increases, the amount of image processing increases. Therefore, a system that performs image processing using a multi-core LSI composed of a plurality of DSP chips has been proposed. In order to cope with high-speed signal transmission between multichips, there is a laminated chip in which core chips are laminated in the vertical direction and mounted. In a multi-core chip stacked in the vertical direction, heat in each core is concentrated, and there is a concern that the operation of the DSP chip becomes unstable.
特許文献1では、積層RAMチップで製造不良チップ情報を保持し、不良チップの電源発生回路を不活性とし、無駄な電力を削減する発案がなされている。 In Patent Document 1, a proposal is made to reduce the wasteful power by holding the defective manufacturing chip information in the stacked RAM chip, inactivating the power generation circuit of the defective chip.
しかしながら、上記従来例では、不良個所の電源を遮断することにより消費電力の削減を行っているが、正常動作時の消費電力の削減は行えない。 However, in the above conventional example, the power consumption is reduced by shutting off the power supply at the defective part, but the power consumption during normal operation cannot be reduced.
複数のコアが積層されたLSIにおいて、
各コア用に独立した電源手段と、
上記各コア用電源手段の1次入力電源供給を各コア間で共通化した1次入力電源供給手段と、
各コアの動作下限電圧を検知する動作下限電圧検知手段と、
上記動作下限電圧検知手段による検出値に対応して各コアの上記電源手段の2次出力電圧を設定する2次出力設定手段と、を有することを特徴とする。
In an LSI in which a plurality of cores are stacked,
An independent power supply for each core;
Primary input power supply means in which the primary input power supply of each core power supply means is shared among the cores;
An operation lower limit voltage detecting means for detecting an operation lower limit voltage of each core;
Secondary output setting means for setting a secondary output voltage of the power supply means of each core corresponding to a detection value by the operation lower limit voltage detection means.
本発明によれば、3Dスタック構造のLSIにおいて、最下層のボール電極数を増やすこと無くAVS(電源電圧制御)を行う事が可能となり、各コアでの消費電力の削減が可能となる。または、製造ばらつきにより発熱の大きな製造ロットのコアに対して、動作電圧を通常品より低減して動作させることにより、従来は消費電力・発熱の問題で使用不能であった製造ロットのLSIを使用する事が可能となり、LSIの歩留まりを向上させる事ができる。 According to the present invention, in an LSI having a 3D stack structure, AVS (power supply voltage control) can be performed without increasing the number of ball electrodes in the lowest layer, and power consumption in each core can be reduced. Or, by operating the core of a production lot that generates a lot of heat due to manufacturing variations with a lower operating voltage than normal products, use LSIs in a production lot that could not be used due to power consumption and heat generation problems. It is possible to improve the yield of LSI.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明実施形態を説明するビデオカムコーダの全体構成図である。撮影された映像は、レンズ101で結像され、CMOSセンサ102へ入射される。CMOSセンサ102では、光電変換を行なわれAFE103へ入力される。AFE103ではデジタル映像データへ変換され、信号処理部104へ入力される。信号処理部104では撮影モードに応じて、動画、静止画の記録、表示のための映像データを生成し、表示部107や記録部108に送出する。表示部107は例えばパネルやEVFで構成されており、映像データが表示される。記録部108は例えばハードディスクやUSBメモリ、SDカードなどで構成され、映像データを記録する。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a video camcorder for explaining an embodiment of the present invention. The photographed image is formed by the lens 101 and enters the CMOS sensor 102. In the CMOS sensor 102, photoelectric conversion is performed and input to the AFE 103. The AFE 103 converts it into digital video data and inputs it to the signal processing unit 104. The signal processing unit 104 generates video data for recording and displaying moving images and still images according to the shooting mode, and sends them to the display unit 107 and the recording unit 108. The display unit 107 is composed of a panel or EVF, for example, and displays video data. The recording unit 108 is composed of, for example, a hard disk, a USB memory, an SD card, etc., and records video data.
図2は信号処理部104の構造を示した図である。101〜104は、メイン基板(不図示)と半田付け接続を行うための半田ボールであり、101は電源用の半田ボール、102、103、104は信号用の半田ボールである。110〜113はシリコンインターポーザ、120〜123はCPUコアである。131〜134はシリコンインターポーザ110〜113に形成されたDCDCコンバータである。シリコンインターポーザ上に、インダクタとコンデンサと増幅回路を形成しドロップ電圧型のDCDCコンバータを形成している。DCDCコンバータ131はCPUコア120への電源供給を行う。 FIG. 2 is a diagram showing the structure of the signal processing unit 104. Reference numerals 101 to 104 denote solder balls for soldering connection with a main board (not shown), 101 denotes a power supply solder ball, and 102, 103, and 104 denote signal solder balls. 110 to 113 are silicon interposers, and 120 to 123 are CPU cores. Reference numerals 131 to 134 denote DCDC converters formed in the silicon interposers 110 to 113. An inductor, a capacitor, and an amplifier circuit are formed on the silicon interposer to form a drop voltage type DCDC converter. The DCDC converter 131 supplies power to the CPU core 120.
同様にDCDCコンバータ132はCPUコア121へ電源を供給し、DCDCコンバータ133はCPUコア122へ電源を供給し、DCDCコンバータ134はCPUコア123へ電源を供給する。 Similarly, the DCDC converter 132 supplies power to the CPU core 121, the DCDC converter 133 supplies power to the CPU core 122, and the DCDC converter 134 supplies power to the CPU core 123.
141はシリコンインターポーザ110〜113、CPUコア120〜123とシリコンインターポーザを貫通するビア(以下TSVと記す)であり、電源用の半田ボール101からの電源を、DCDCコンバータ131〜134への1次電圧として供給する電源ラインとなっている。 141 is a via (hereinafter referred to as TSV) penetrating the silicon interposers 110 to 113 and the CPU cores 120 to 123 and the silicon interposer. The power from the power supply solder ball 101 is supplied to the DCDC converters 131 to 134. As a power supply line.
CPUコア120〜123は、製造ばらつきにより、動作可能な下限電圧がばらつく。CPUコア製造時に製造ばらつきによる動作可能下限電圧を測定し、図3に示すように、動作可能下限電圧に応じたID−CODEをCPUコア内に書き込む。例えば、1.00Vでのみ動作保証可能なものはID−CODEには0を書き込む。高速に動作が可能なものは、設定動作電圧を落としても通常の動作が可能なので、例えば、0.86Vで動作可能なCPUコアにはID−CODE7を書きこむ。具体的には、アルミ配線層151〜154をレーザ照射により焼き切る事でID−CODEを書きこむ。 The CPU cores 120 to 123 vary in the operable lower limit voltage due to manufacturing variations. When the CPU core is manufactured, the operable lower limit voltage due to manufacturing variation is measured, and as shown in FIG. 3, ID-CODE corresponding to the operable lower limit voltage is written in the CPU core. For example, if the operation can be guaranteed only at 1.00 V, 0 is written in ID-CODE. Those capable of operating at high speed can operate normally even when the set operating voltage is lowered. For example, ID-CODE 7 is written in a CPU core operable at 0.86V. Specifically, ID-CODE is written by burning out the aluminum wiring layers 151 to 154 by laser irradiation.
CPUコア120〜123を選定し、信号処理部104として積層する際に、半田ボール101〜104に近い順番から、上述のID−CODEの大きい順番に積層していく。つまり、動作下限電圧値の低い順番から積層される事になる。以上は、信号処理部104の製造時の説明である。 When the CPU cores 120 to 123 are selected and stacked as the signal processing unit 104, the CPU cores 120 to 123 are stacked in the descending order of the ID-CODE from the order close to the solder balls 101 to 104. That is, the layers are stacked in order from the lowest operation lower limit voltage value. The above is the description when the signal processing unit 104 is manufactured.
図4は、ビデオカムコーダの通常使用時のフローチャートである。各CPUコア120〜123は、各々独立に同様なアルゴリズムで動作する。CPUコア120で動作を説明する。S101でビデオカムコーダの電源をONされたら、CPUコア120はDCDCコンバータ131の出力電圧を1.0Vになるように設定する。次にS102で、CPUコア120はID_CODE151を読み取る。次に、S104で、読み取ったID−CODE値に対応した動作下限電圧値にDCDCコンバータ131の出力を設定し、S105で終了する。この際、急激な電圧変化にならないように、階段状に少しずつ目的の電圧値になるように電源電圧を下げていく。CPUコア121、122、123も同様な動作となる。 FIG. 4 is a flowchart at the time of normal use of the video camcorder. Each of the CPU cores 120 to 123 operates independently with the same algorithm. The operation of the CPU core 120 will be described. When the power of the video camcorder is turned on in S101, the CPU core 120 sets the output voltage of the DCDC converter 131 to 1.0V. In step S102, the CPU core 120 reads ID_CODE 151. Next, in S104, the output of the DCDC converter 131 is set to the operation lower limit voltage value corresponding to the read ID-CODE value, and the process ends in S105. At this time, the power supply voltage is lowered step by step so that the target voltage value is gradually increased so as not to cause a sudden voltage change. The CPU cores 121, 122, and 123 perform the same operation.
電源用半田ボール101経由の電源ラインの1次電圧と、CPUコア120への供給電圧との差分に比例してDCDCコンバータ131〜134部での損失電力が発生するが、DCDCコンバータ131〜134部の近傍にはTSV141が隣接されており、DCDCコンバータ131〜134部での損失電力により発生する熱はTSV141と半田ボール101を経由して不図示のメイン基板へと逃げる。また、DCDCコンバータ131〜134部によりCPUコア120〜123の動作電圧を各々が動作する下限電圧に設定しているので、CPUコア120〜123での消費電力も低下させる事が可能となり、CPUコア120〜123での発生熱も低下し、信号処理部104全体としての温度上昇を抑える事ができる。 Although power loss occurs in the DCDC converters 131 to 134 in proportion to the difference between the primary voltage of the power supply line via the power supply solder balls 101 and the supply voltage to the CPU core 120, the DCDC converters 131 to 134 are generated. Is adjacent to the TSV 141, and heat generated by power loss in the DCDC converters 131 to 134 escapes to the main board (not shown) via the TSV 141 and the solder ball 101. In addition, since the operating voltages of the CPU cores 120 to 123 are set to the lower limit voltages at which the CPU cores 120 to 123 operate by the DCDC converters 131 to 134, the power consumption in the CPU cores 120 to 123 can be reduced. The generated heat at 120 to 123 is also reduced, and the temperature increase of the signal processing unit 104 as a whole can be suppressed.
信号処理部104の製造時は、ID−CODE値が同じもしくは大きい順番で積層し、製造する。つまり、半田ボール101〜104に近い方から順番に、CPUコアの動作可能電圧が同じもしくは低い順番に積層される。図2においては、CPUコアの動作可能電圧は、CPUコア120=<CPUコア121=<CPUコア122=<CPUコア123となり、DCDCコンバータでの損失電力は、DCDCコンバータ131>=DCDCコンバータ132>=DCDCコンバータ133>=DCDCコンバータ134の順番で大きくなる。DCDCコンバータ131〜134での損失電力による発生熱は、TSV141と半田ボール101を経由して不図示のメイン基板に速やかに放熱される。但し、TSVの長さの分だけ熱抵抗値が大きくなるので、熱の放熱性は、DCDCコンバータ131>=DCDCコンバータ132>= DCDCコンバータ133>=DCDCコンバータ134となるので、信号処理部104全体としては、発生熱の放熱性が向上する。 When the signal processing unit 104 is manufactured, the ID-CODE values are stacked in the order of the same or larger values. That is, the CPU cores are stacked in the order of the same or lower operable voltage from the side closer to the solder balls 101-104. In FIG. 2, the operable voltage of the CPU core is CPU core 120 = <CPU core 121 = <CPU core 122 = <CPU core 123, and the power loss in the DCDC converter is DCDC converter 131> = DCDC converter 132>. = DCDC converter 133> = DCDC converter 134 increases in order. Heat generated by the power loss in the DCDC converters 131 to 134 is quickly radiated to the main board (not shown) via the TSV 141 and the solder balls 101. However, since the thermal resistance value is increased by the length of the TSV, the heat dissipation is DCDC converter 131> = DCDC converter 132> = DCDC converter 133> = DCDC converter 134, so that the entire signal processing unit 104. As a result, the heat dissipation of the generated heat is improved.
図5は、実施例2での信号処理部104の構造を示した図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating the structure of the signal processing unit 104 in the second embodiment.
201〜204は、メイン基板(不図示)と半田付け接続を行うための半田ボールであり、201は電源用の半田ボール、202、203、204は信号用の半田ボールである。210はシリコンインターポーザ、220〜223はCPUコアである。231〜234はシリコンインターポーザ210形成されたDCDCコンバータである。シリコンインターポーザ上に、インダクタとコンデンサと増幅回路を形成しドロップ電圧型のDCDCコンバータを形成している。DCDCコンバータ231はTSV261を経由してCPUコア120への電源供給を行う。同様にDCDCコンバータ232はCPUコア221へ電源を供給し、DCDCコンバータ233はCPUコア222へ電源を供給し、DCDCコンバータ234はCPUコア223へ電源を供給する。 Reference numerals 201 to 204 denote solder balls for soldering connection with a main board (not shown), 201 denotes a power supply solder ball, and 202, 203, and 204 denote signal solder balls. 210 is a silicon interposer, and 220 to 223 are CPU cores. Reference numerals 231 to 234 denote DCDC converters formed with the silicon interposer 210. An inductor, a capacitor, and an amplifier circuit are formed on the silicon interposer to form a drop voltage type DCDC converter. The DCDC converter 231 supplies power to the CPU core 120 via the TSV 261. Similarly, the DCDC converter 232 supplies power to the CPU core 221, the DCDC converter 233 supplies power to the CPU core 222, and the DCDC converter 234 supplies power to the CPU core 223.
260はシリコンインターポーザ210内のTSVであり、電源用半田ボール201が接続されており、DCDCコンバータ231〜234へ1次電流を供給する。DCDCコンバータ231の出力電流は、TSV261を経由してCPUコア220への電源を供給する。DCDCコンバータ232の出力電流は、TSV262を経由してCPUコア221への電源を供給する。DCDCコンバータ233の出力電流は、TSV263を経由してCPUコア222への電源を供給する。DCDCコンバータ234の出力電流は、TSV264を経由してCPUコア223への電源を供給する。 A TSV 260 in the silicon interposer 210 is connected to a power supply solder ball 201 and supplies a primary current to the DCDC converters 231 to 234. The output current of the DCDC converter 231 supplies power to the CPU core 220 via the TSV 261. The output current of the DCDC converter 232 supplies power to the CPU core 221 via the TSV262. The output current of the DCDC converter 233 supplies power to the CPU core 222 via the TSV263. The output current of the DCDC converter 234 supplies power to the CPU core 223 via the TSV 264.
CPUコア220〜223は、製造ばらつきにより、動作可能な下限電圧がばらつく。CPUコア製造時に製造ばらつきによる動作可能下限電圧を測定し、動作可能下限電圧に応じたID−CODEをCPUコア内に書き込む。251〜254は、各CPUコアの動作可能下限電圧を示すID−CODEである。 The CPU cores 220 to 223 vary in the operable lower limit voltage due to manufacturing variations. When the CPU core is manufactured, an operable lower limit voltage due to manufacturing variation is measured, and an ID-CODE corresponding to the operable lower limit voltage is written in the CPU core. 251 to 254 are ID-CODEs indicating the operable lower limit voltages of the respective CPU cores.
CPU220は、ID−CODE251に対応してDCDCコンバータ231の出力電圧を設定する。同様にCPU221は、ID−CODE251に対応してDCDCコンバータ232の出力電圧を設定し、CPU222は、ID−CODE252に対応してDCDCコンバータ233の出力電圧を設定し、CPU223は、ID−CODE253に対応してDCDCコンバータ234の出力電圧を設定する。 The CPU 220 sets the output voltage of the DCDC converter 231 corresponding to the ID-CODE 251. Similarly, the CPU 221 sets the output voltage of the DCDC converter 232 corresponding to the ID-CODE 251, the CPU 222 sets the output voltage of the DCDC converter 233 corresponding to the ID-CODE 252, and the CPU 223 corresponds to the ID-CODE 253. Then, the output voltage of the DCDC converter 234 is set.
DCDCコンバータ231〜DCDCコンバータ234での損失電力による発生熱は、TSV260と半田ボール201を経由して、不図示のメイン基板に放熱される。 Heat generated by power loss in the DCDC converter 231 to DCDC converter 234 is radiated to the main board (not shown) via the TSV 260 and the solder balls 201.
信号処理部104の製造時は、ID−CODE値が同じもしくは大きい順番で積層して製造し、半田ボール201〜204に近い方から順番に、CPUコアの動作可能電圧が同じもしくは低い順番に積層し、半田ボール201〜204経由で不図示のメイン基板への放熱を行う。 When the signal processing unit 104 is manufactured, the ID-CODE values are stacked in the same or larger order, and the CPU core operable voltages are stacked in the same or lower order in order from the closest to the solder balls 201 to 204. Then, heat is radiated to the main board (not shown) via the solder balls 201-204.
図1
101:レンズ
102:CMOSセンサ
103:AFE
104:信号処理部
107:表示部
108:記録部
図2
101:電源用の半田ボール
102〜104:信号用の半田ボール、
110〜113:シリコンインターポーザ
120〜123:CPUコア
131〜134:DCDCコンバータ
141:TSV(貫通ビア)
151〜152:ID−CODE
FIG.
101: Lens 102: CMOS sensor 103: AFE
104: Signal processing unit 107: Display unit 108: Recording unit
101: Solder balls 102 to 104 for power supply: Solder balls for signal,
110 to 113: Silicon interposers 120 to 123: CPU cores 131 to 134: DCDC converter 141: TSV (through via)
151-152: ID-CODE
Claims (6)
各コア用に独立した電源手段と、
上記各コア用電源手段の1次入力電源供給を各コア間で共通化した1次入力電源供給手段と、
各コアの動作下限電圧を検知する動作下限電圧検知手段と、
上記動作下限電圧検知手段による検出値に対応して各コアの上記電源手段の2次出力電圧を設定する2次出力設定手段と、を有することを特徴とする複数のコアが積層されたLSI。 In an LSI in which a plurality of cores are stacked,
An independent power supply for each core;
Primary input power supply means in which the primary input power supply of each core power supply means is shared among the cores;
An operation lower limit voltage detecting means for detecting an operation lower limit voltage of each core;
A secondary output setting means for setting a secondary output voltage of the power supply means of each core corresponding to a detection value by the operation lower limit voltage detection means. An LSI in which a plurality of cores are stacked.
6. The plurality of cores according to claim 5, wherein the cores are stacked in order from the direction in which the heat radiation property is good, in order of decreasing the operation lower limit voltage value of each of the cores. LSI.
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US9496042B1 (en) | 2015-05-21 | 2016-11-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with control of maximum value of current capable of being supplied |
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