JP2018198017A - 半導体装置及びデータ処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】メモリ装置とデータ処理装置とを備える半導体装置において、メモリ装置のデータの管理を容易化することが可能な技術を提供する。
【解決手段】半導体装置1は、第1外部端子61と、第2外部端子62と、データ処理装置3と、メモリ装置2と、を含む。半導体装置1は、さらに、データ処理装置3とメモリ装置2との間に結合された第1バス31と、データ処理装置3と第2外部端子62との間に結合された第2バス32と、第1外部端子61に結合された第3バス33と、第1バス31と第3バスとに結合された制御回路CNTと、を有する。制御回路CNTは、第3バス33を利用したメモリ装置2の管理機能を有する。
【選択図】図3

Description

本開示は、メモリ装置とデータ処理装置とを備える半導体装置、及び、それを用いたデータ処理システムに適用可能である。
シリコン貫通電極(TSV:through-silicon via)技術を用いた積層メモリをデータ処理装置と同一の半導体パッケージ内に封止した2.5次元実装技術や3次元実装技術の開発が進められている。
たとえば、非特許文献1は、2.5次元実装技術における積層メモリのベースダイに、ホストIFと、メモリIFと、ベース・ロジック・IPブロックを設けた構成を開示している。また、非特許文献1は、ベースダイに、DFTエリア、TSVエリア、PHY(SoCとのインタフェース)を設けた構成も開示されている。
SK hynix Inc.、Joonyoung Kim and YounsuKim、HBM: Memory Solution for Bandwidth-Hungry Processors、August 2014、インタネット<URL:https://ja.scribd.com /document/258652867/HC26-11-310-HBM-Bandwidth-Kim-Hynix-Hot-Chips-HBM-2014-v7> 検索日:2017年2月20日。
本開示の課題は、メモリ装置とデータ処理装置とを備える半導体装置において、前記メモリ装置のデータの管理を容易化することが可能な技術を提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、半導体装置は、第1外部端子と、第2外部端子と、データ処理装置と、メモリ装置と、を含む。前記半導体装置は、さらに、前記データ処理装置と前記メモリ装置との間に結合された第1バスと、前記データ処理装置と前記第2外部端子との間に結合された第2バスと、前記第1外部端子に結合された第3バスと、前記第1バスと前記第3バスとに結合された制御回路と、を有する。前記制御回路は、前記第3バスを利用した前記メモリ装置の管理機能を有する。
上記半導体装置によれば、前記メモリのデータの管理を容易化することができる。
実施例1に係る半導体装置の概念的な断面図である。 図1の半導体装置の一部の拡大図である。 実施例1に係る半導体装置の概念的なブロック図である。 比較例に係る半導体装置の概念的なブロック図である。 実施例1に係るデータ処理システムの概念的な構成図である。 実施例1に係るメモリ装置のブロック図である。 実施例1に係る制御回路の動作を概念的に説明するための図である。 制御信号C1,C2のフォーマットの一例を示す図である。 制御信号C1,C2のフォーマットの他の一例を示す図である。 図7のメモリ装置の変形例1を示す図である。 図7のメモリ装置の変形例2を示す図である。 図11のチャネル割付けの他の割付け例を示す図である。 図7のメモリ装置の変形例3を示す図である。 図5のデータ処理システムの変形例1を示す図である。 実施例2に係る半導体装置の概念的なブロック図である。 図15の半導体装置に係るデータ処理システムの構成図である。 図15の半導体装置に係る他のデータ処理システムの構成図である。 実施例3に係る半導体装置の変形例を示すブロック図である。 図18の半導体装置に係るデータ処理システムの構成図である。 図18の半導体装置に係る他のデータ処理システムの構成図である。 実施例4に係るデータ処理システムの構成図である。 変形例1に係る半導体装置の構成例を示す図である。 変形例2に係る半導体装置の構成例を示す図である。 変形例2に係るデータ処理システムの構成例を示す図である。 変形例3に係るデータ処理システムの構成例を示す図である。 変形例4に係る半導体装置の構成例を示す図である。
以下、実施形態、実施例、比較例、変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
図1は、実施例1に係る半導体装置の概念的な断面図である。図2は、図1の半導体装置の一部の拡大図を示す。
半導体装置1は、メモリ装置2とデータ処理装置(MPU(NPU))3とを有し、1つの半導体パッケージとして構成されている。メモリ装置2は、基礎チップ(ベースダイ)21と基礎チップ21の上に積層された半導体メモリ(複数の半導体メモリチップ)22とにより構成される。基礎チップ21と複数の半導体メモリチップ22との間はTSV(Si貫通電極:through-silicon via)及び半田等の金属電極(マイクロバンプ)を用いた接続構造23により接続されている。基礎チップ21とデータ処理装置3とは、シリコンインターポーザー等の第1基板4に、例えば、半田等の金属電極(マイクロバンプ)により接続されている。第1基板4は、パーケージの回路基板とされる第2基板5に、例えば、半田等の金属電極(マイクロバンプ)により接続される。第2基板5には、半田等の金属電極からなる複数のボール電極(外部端子)6が設けられる。第2基板5には、また、メモリ装置2とデータ処理装置3を封止するため、例えば、メモリ装置2とデータ処理装置3とを覆うような金属等のキャップ7が設けられる。MPU(NPU)は、マイクロプロセッサ(Micro Processor Unit)やネットワークプロセッサ(Networking Processing Uint)である。
第2基板5に設けられたボール電極(外部端子)6は、複数の第1外部端子61と複数の第2外部端子62とを有する。複数の第1外部端子61は、第1基板4及び第2基板5内の配線やマイクロバンプを介して、基礎チップ21の第2インターフェイス部IF2に接続される。第2外部端子62は、第1基板4及び第2基板5内の配線やマイクロバンプを介して、データ処理装置3に接続される。後述されるように、第2外部端子62はシステムバスとされる第1システムバスSBUS1に接続するために設けられ、第1外部端子61は補助バスまたは拡張バスとされる第2システムバスSBUS2に接続するために設けられる。
基礎チップ21は、さらに、データ処理装置3に対する第1インターフェイス部IF1を有する。第1インターフェイス部IF1は、第1基板4内の配線やマイクロバンプを介して、データ処理装置3に接続される。
図2に示されるように、半導体装置1には、第1インターフェイス部IF1とデータ処理装置3との間に設けられた第1バス(第1信号経路)31と、データ処理装置3と第2外部端子62との間に設けられた第2バス(第2信号経路)32と、第2インターフェイス部IF2と第1外部端子61との間に設けられた第3バス(第3信号経路)33とが設けられる。図2において、第1バス31、第2バス32、及び第3バス33のそれぞれに示される矢印は、理解を容易とするために、各バス31,32,33を例示的に表現するために描いている。
なお、図1および図2には、第1インターフェイス部IF1とデータ処理装置3との間の接続配線を、2本または3本の接続配線として例示的に示している。また、第2インターフェイス部IF2と第2外部端子62との間の接続配線を、2本の配線として、例示的に示している。第1インターフェイス部IF1とデータ処理装置3との間の接続配線の本数は、例えば、1000本程度とされている。第2インターフェイス部IF2と第2外部端子62との間の接続配線の本数は、例えば、80本―100本程度とされている。すなわち、第1バス31の配線の本数は、第3バス33の配線の本数より多くされており、第2バス32の配線の本数は第3バス33の配線の本数より多くされている。
図1および図2において、メモリチップ22は、例えば、SDR(Single Data Rate)型またはDDR(Double Data Rate)型のDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)とすることが出来る。また、この例では、4つのメモリチップ22が描かれているが、1つのメモリチップでもよいし、4つ以上のメモリチップが積層されていても良い。また、メモリチップ22は、1種類のメモリチップでもよいし、複数種類のメモリチップを組み合わせてもよい。複数種類のメモリチップは、DRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)、スタチック型RAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)、不揮発性メモリなどから選択されてよい。不揮発性メモリとしては、ROM(リードオンリメモリ)やフラッシュメモリ等から選択することが可能である。データ処理装置3は、マイクロプロセッサ(MPU)、ネットワークプロセッサ(NPU)やグラフィックプロセッサ(GPU)等とすることが出来る。
図3は、実施例1に係る半導体装置の概念的なブロック図である。図4は、比較例に係る半導体装置の概念的なブロック図である。
図3に示されるように、半導体装置1は、メモリ装置2と、データ処理装置3と、制御回路CNTとを有する。データ処理装置3は、特に制限されないが、中央処理装置またはグラフィックプロセッサユニット(CPU/GPU)とキャッシュメモリ(L1、L2、L3/LLC)とを含む。キャッシュメモリは、この例では、1次キャッシュメモリ(レベル1キャッシュ)L1、2次キャッシュメモリ(レベル2キャッシュ)(L2)、及び3次キャッシュメモリ(レベル3キャッシュまたはラストレベルキャッシュ)(L3/LLC)を含む。
半導体装置1は、メモリ装置2とデータ処理装置3との間に設けられた第1バス(第1信号経路、メモリバス)31と、データ処理装置3と第2外部端子62との間に設けられた第2バス(第2信号経路)32と、制御回路CNTと第1外部端子61との間に設けられた第3バス(第3信号経路)33とを有する。制御回路CNTは、第1バス31に接続されるとともに、データ処理装置3との間に設けられた第4バス(第4信号経路)34に接続される。制御回路CNTの詳細に関しては、後に説明される。
第1バス31は、データ処理装置3によるメモリ装置2からのデータの読み出し及びメモリ装置2へのデータの書込みのために設けられる。第2バス32は、データ処理装置3と半導体装置1の外部との間のデータの読み出し及び書込みのために設けられる。第3バス33は、制御回路CNTと半導体装置1の外部との間のデータ及び第1制御情報(制御信号)C1の送受信のために設けられる。第4バス34は、データ処理装置3と制御回路CNTとの間の第2制御情報(制御信号)C2の送受信のために設けられる。
このように構成することにより、図3に示されるメモリ装置2は、データ処理装置3による第1バス31を介した読み出しおよび書込みである第1アクセス経路と、第3バス33と制御回路CNTと第1バス31とを利用した読み出しおよび書込みである第2アクセス経路と、の2つのアクセス経路を有する。その結果、図3に示されるメモリ装置2は、第1アクセス経路を利用したメモリ装置2の記憶内容の管理とは別に、第2アクセス経路を利用したメモリ装置2の記憶内容の管理も可能とされている。
図4は、比較例に係る半導体装置の概念的なブロック図である。図4の半導体装置100の構成要素と図3の半導体装置1と構成要素において、対応する構成要素には同一の符号を付して示している。図4の半導体装置100が図3と半導体装置1と異なる部分は、図4の半導体装置100には、制御回路CNT、第3バス33及び第4バス34が設けられていない点である。半導体装置1内のメモリ装置2は、上述の様に、第1アクセス経路と第2アクセス経路とを有するが、半導体装置100内のメモリ装置2は第1バス31による第1アクセス経路のみしか有していない。そのため、半導体装置100内のメモリ装置2の記憶内容の管理は、半導体装置100内のデータ処理装置3により第1アクセス経路を利用して行う以外に方法はない。
図5は、実施例1に係るデータ処理システムの概念的な構成図である。図5は、複数の半導体装置1_1、1_2、・・、1_nを含むデータ処理システムを示している。図5の半導体装置1_1、1_2、・・、1_nのおのおのは、図3の半導体装置1に対応している。図5において、図3に示された半導体装置1の内部の構成要素(X=2、3、31、32、33、34、61、62、CNT)は、半導体装置1_1、1_2、・・、1_nに対応して、X_1、X_2、・・、X_nのような参照記号を用いてその対応関係を示している。ただし、第1インターフェイス部IF1および第2インターフェイス部FI2については、半導体装置1_1、1_2、・・、1_nのおのおのにおいて、同一の参照番号を用いている。
半導体装置1_1、1_2、・・、1_nのおのおのの第2バス32_1,32_2、・・、32_nは、各々の第2外部端子62_1、62_2、・・、62_nを介して、第1システムバスSBUS1に接続される。半導体装置1_1、1_2、・・、1_nのおのおのの第3バス33_1、33_2、・・、33_nは、各々の第1外部端子61_1、61_2、・・、61_nを介して、新設されたまたは追加された第2システムバスSBUS2に接続される。第2システムバスSBUS2は、半導体装置1_1、1_2、・・、1_nに設けられたメモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの記憶内容の管理のために主に利用される。第1システムバスSBUS1および第2システムバスSBUS2のおのおのには、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnが接続される。システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnのおのおのは、入出力ポートを2つ有する2ポートメモリの例が示されている。図に示されるように、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnのおのおのにおいて、一方のポートは第1システムバスSBUS1に接続され、他のポートが第2システムバスSBUS2に接続される。なお、この例では、システムメモリは複数設けてある例を示すが、システムメモリは1つでもよい。
第2システムバスSBUS2は、例えば、次のように利用することが可能である。
1)シングルライト1:半導体装置1_1のメモリ装置2_1の内容を、第2システムバスSBUS2を利用して、半導体装置1_2のメモリ装置2_2へコピーすることが出来る。
2)マルチライト1:半導体装置1_1のメモリ装置2_1の内容を、第2システムバスSBUS2を利用して、半導体装置1_2のメモリ装置2_2及び半導体装置1_nのメモリ装置2_nへコピーすることが出来る。
3)シングルライト2:半導体装置1_1のメモリ装置2_1の内容を、第2システムバスSBUS2を利用して、システムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、またはSMEMn)へコピーすることが出来る。
4)マルチライト2:半導体装置1_1のメモリ装置2_1の内容を、第2システムバスSBUS2を利用して、半導体装置1_2のメモリ装置2_2及びシステムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、またはSMEMn)へコピーすることが出来る。
5)シングルライト3:システムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、またはSMEMn)の内容を、第2システムバスSBUS2を利用して、半導体装置1_1のメモリ装置2_1へコピーすることが出来る。
6)マルチライト3:マルチシステムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、またはSMEMn)の内容を、第2システムバスSBUS2を利用して、半導体装置1_1のメモリ装置2_1及び半導体装置1_2のメモリ装置2_2へコピーすることが出来る。
以上の構成により、第1システムバスSBUS1を利用することなく、第2システムバスSBUS2を利用して、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnの内容及び半導体装置1_1、1_2、・・、1_n内の各メモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの内容を管理することが出来る。すなわち、データ処理装置3_1、3_2、・・、3_nによる第2バス32_1、32_2、・・、32_n及び第1システムバスSBUS1の利用を制限することなく、第3バス33_1、33_2、・・、33_n及び第2システムバスSBUS2を利用して、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnの内容及び半導体装置1_1、1_2、・・、1_n内のメモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの内容を管理することが可能になる。
なお、第2バス32_1、32_2、・・、32_n及び第1システムバスSBUS1と、第3バス33_1、33_2、・・、33_n及び第2システムバスSBUS2との両方を利用して、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnの内容及び半導体装置1_1、1_2、・・、1_nのメモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの内容を管理することも可能である。
図6は、実施例1に係るメモリ装置のブロック図を示す。図6は、図3の半導体装置1の制御回路CNTを含むメモリ装置2のブロック図の一例を示している。メモリ装置2は、基礎チップ21と積層された複数のメモリチップ22(221、222、223、224)とを有する。制御回路CNTは基礎チップ21に設けられている。また、基礎チップ21には、第1バス31、第3バス33、第4バス34が結合される。
第1バス31は、データが供給される第1データバス31Dと、コマンド(CMD)及びアドレス(ADD)等が供給される第1制御バス31CAとを有する。第1バス31は、図3または図5に示されるように、同一の半導体装置1(1_1)内のデータ処理装置3(3_1)に接続される。
第3バス33は、データが供給される第3データバス33Dと、コマンド(CMD)及びアドレス(ADD)等を含む制御信号C1が供給される第3制御バス33CAとを有する。第3バス33は、図5に示されるように、データシステムが構成される場合において、第2システムバスSBUS2に接続される。第2システムバスSBUS2は、例えば、半導体装置1(1_1)とは異なる他の半導体装置(1_2、1_n)内の制御回路(CNT_2、CNT_n)に接続される。図6には、図面の複雑さを避けるため、例示的に、異なる半導体装置(1_2)内の制御回路(CNT_2)が第3バス33の接続先として示される。すなわち、異なる半導体装置(1_2)内の制御回路(CNT_2)が参照記号CNT_2(1_2)として示されている。
第4バス34は、コマンド(CMD)及びアドレス(ADD)等を含む制御信号C2が供給される。第4バス34は、図3または図5に示されるように、同一の半導体装置1(1_1)内のデータ処理装置3(3_1)に接続される。
基礎チップ21は、制御回路CNTとテスト回路TESTとを含む。制御回路CNTは、さらに、第1制御バス31CAに接続された第1制御回路CNT1と、第3制御バス33CA及び第4バス34に接続された第2制御回路CNT2と、選択回路SEL1とを含む。
第1制御回路CNT1は、第1制御バス31CAから、コマンド(CMD)及びアドレス(ADD)等を供給され、アドレス(ADD)の一部分をデコードし、チャネル選択信号を生成する。第1制御回路CNT1は、コマンド(CMD)、チャネル選択信号及びアドレス(ADD)の残り部分を、制御バス31CA1を介して、複数のメモリチップ22(221、222、223、224)へ供給する。第1制御回路CNT1は、すなわち、メモリコントローラの機能を有しており、複数のメモリチップ22(221、222、223、224)の入出力チャネルのチャネル選択機能を有する。例えば、4つのメモリチップ221、222、223、224のおのおのが入出力チャネルとして4チャネルを有し、メモリ装置2全体として16チャネルを有する。この場合において、第1制御回路CNT1は、コマンド(CMD)及びアドレス(ADD)に基づいて、コマンド(CMD)に従うデータのリードないしデータのライトに利用される1または複数の入出力チャネルを選択するためのチャネル選択信号を形成し、コマンド(CMD)及びアドレス(ADD)と共に、制御バス31CA1へ出力する。4つメモリチップ221、222、223、224は、制御バス31CA1から受信したチャネル選択信号、コマンド(CMD)及びアドレス(ADD)に従って、データのリードないしデータのライトに利用される1または複数の入出力チャネルを選択状態にする。コマンド(CMD)がデータのリードの場合、チャネル選択信号により選択されたチャネルのアドレス(ADD)に対応するメモリセルから読み出されたデータが、データバス31Dを介してデータ処理装置3(3−1)へ供給される。コマンド(CMD)がデータのライトの場合、データ処理装置3(3−1)からデータバス31Dに出力されたデータが、チャネル選択信号により選択されたチャネルのアドレス(ADD)に対応するメモリセルに対して書き込まれる。なお、コマンド(CMD)には、リフレッシュコマンドも含まれる。
第1制御回路CNT1は、また、チャネルの使用状態(リード、ライト、リフレッシュ)に関する第1チャネル情報CH1を出力する機能を有する。第1制御回路CNT1は、第2制御回路CNT2から出力されたチェネル要求情報に関する第2チェネル情報CH2を入力し、前記同様に、第2チェネル情報CH2に従うチャネル選択信号を出力する機能も有する。
第2制御回路CNT2は、第4バス34から供給される制御信号C1、第3制御バス33CAから供給される制御信号C2及び第1制御回路CNT1からのチャネル情報CH1を受ける。第2制御回路CNT2は、制御信号C1、制御信号C2及びチャネル情報CH1に基づいてコマンド/アドレスCAd及び選択信号S1を生成する。コマンド/アドレスCAdは、制御回路CNT1へ出力される。一方、選択信号S1は選択回路SEL1へ出力される。選択回路SEL1は、選択信号S1に基づいて、第1データバス31Dと第3データバス33Dとの接続を制御する。例えば、半導体装置1(1_1)内のデータ処理装置3(3_1)が、チャネル1−14をデータのリードないしデータのライト等で使用している状況において、制御信号C1または制御信号C2が、例えば、チャネル14−16の使用を要求した場合を想定する。この場合、チャネル1−14はビジーチャネルであり、チャネル1−14がチャネル情報CH1によりデータ処理装置3(3_1)により現在使用中であることがわかるので、第2制御回路CNT2は、競合するチャネル14以外の未使用のチャネル15−16の1または複数のチャネルのデータ線を選択するように、選択信号S1を生成し、選択回路SEL1を制御する。すなわち、第2制御回路CNT2は、チャネル調停回路の機能を有する。したがって、第1データバス31Dのうちの未使用のチャネル15−16内の選択されたチャネルに対応するデータ線と第3データバス33D内のデータ線とが選択信号S1に基づいて選択回路SEL1により選択的に結合される。第2制御回路CNT2は、また、未使用のチャネル15−16のチャネル選択の為、チャネル15−16に関するチャネル要求情報を第2チャネル情報CH2として生成し、第1制御回路CNT1へ出力する。これにより、第1制御回路CNT1は、第2制御回路CNT2からのコマンド/アドレスCAd及び第2チャネル情報CH2に基づいて、チャネル15−16に対応するチャネル選択信号及びコマンド/アドレスCAdを制御バス31CA1へ出力する。
これにより、制御信号C1、制御信号C2に従うメモリ装置2のチャネルの選択動作及び選択されたチャネルに対するデータの読み出しおよび書込み動作が可能になる。
なお、制御信号C1および制御信号C2がほぼ同時に入力され、かつ、同一のチャネルの利用が制御信号C1および制御信号C2により要求された場合、データ処理装置3(3_1)のオペレーティングシステム(OS)機能により、制御信号C1を優先するか、制御信号C2を優先するかの優先順位の判定を行うのが良い。
図6において、テスト回路TESTはメモリ装置22のテストないし検査のために設けられメモリBIST(built-in self test)回路を示している。テスト回路TESTは、第1バス31と第3バス33(第1外部端子61)との間に接続することが出来る。なお、図面の複雑さを避けるため、図6には、テスト回路TESTは、第1データバス31Dと第3データバス33Dとの間の接続のみが例示的に示される。また、図6において、特に制限されないが、第3データバス33Dには、回路ブロックCBとして、キャッシュメモリや演算回路を設けることが出来る。
図7は、実施例1に係る制御回路の動作を概念的に説明するための図である。図7において、メモリチップ22は、チャネル1−16を含むものとして示されており、これらのチャネル1−16が選択回路SEL1、制御回路CNT1および制御回路CNT2により選択されるものとして説明される。図7において、左側は図3または図5の半導体装置1(1_1)内のデータ処理装置3(3_1)との接続関係を示しており、右側は図5の半導体装置1(1_1)とは異なる他の半導体装置(1_2、1_n)内の制御回路(CNT_2、CNT_n)との接続関係を示している。なお、図7では、複雑さを避けるため、例示的に、半導体装置1_2内の制御回路CNT_2が参照記号CNT_2(1_2)として示される。図3または図5の半導体装置1(1_1)内のデータ処理装置3(3_1)をマスタ側とし、半導体装置(1_2)内の制御回路(CNT_2)に接続されるデータ処理装置3_2をスレーブ側として説明する。
図6で説明された様に、第1制御回路CNT1は、第1制御バス31CA、コマンド/アドレスCAd及びチャネル情報CH2に基づいて、チャネル選択信号を第3制御バス33CA1に出力する。これにより、チャネル1−16内の1または複数のチャネルが選択される。選択回路SEL1は、第2制御回路CNT2からの選択信号S1により、マスタ側データ処理装置3(3_1)によって未使用のチャネルを選択し、第3データバス33Dに接続する動作を行う。一方、選択回路SEL2は、理解を容易とするため、マスタ側データ処理装置3(3_1)により使用されている1または複数のチャネルの選択を模式的に表現するために設けた構成であり、第1データバス31Dを介してデータ処理装置3(3_1)に接続される。
第2制御回路CNT2は、第4バス34を介して、図3または図5の半導体装置1(1_1)内のマスタ側データ処理装置3(3_1)に接続される。第2制御回路CNT2は、また、第3制御バス33CAに接続される。第3制御バス33CAは、図5に示されるように、第2システムバスSBUS2を介して、異なる半導体装置1_2内の制御回路CNT_2及びスレーブ側データ処理装置3_2に接続される。
以下、第2制御回路CNT2に対する入出力制御信号の一例を説明する。
第2制御回路CNT2は、第4バス34を介して、マスタ側データ処理装置3(3_1)との間で、マスタ側システムコール(Master system call)を送受信する。第2制御回路CNT2は、また、第3制御バス33CA及び第2システムバスSBUS2を介して、スレーブ側半導体装置1_2内の制御回路CNT_2またはデータ処理装置3_2との間で、スレーブ側システムコール(Slave system call)を送受信する。
マスタ側システムコール(Master system call)は、マスタ側リクエストReqM1及びその応答信号であるマスタ側応答ResM1を含む。スレーブ側システムコール(Master system call)は、スレーブ側リクエストReqS1及びその応答信号であるスレーブ側応答ResS1を含む。
マスタ側リクエストReqM1は、例えば、転送先アドレス情報、転送元アドレス情報、メモリ制御情報、ビジーチャネル情報、アクセスブロック情報を含む。マスタ側応答ResM1は、例えば、要求元アドレス情報、ビジーチャネル情報、アクセスブロック情報を含む。スレーブ側リクエストReqS1は、例えば、転送先アドレス情報、転送元アドレス情報、メモリ制御情報、ビジーチャネル情報、アクセスブロック情報を含む。スレーブ側応答ResS1は、例えば、要求元アドレス情報、ビジーチャネル情報、アクセスブロック情報等を含む。
第2制御回路CNT2は、マスタ側データ処理装置3(3_1)からマスタ側リクエストReqM1を受信し、その応答としてマスタ側応答ResM1をマスタ側データ処理装置3(3_1)へ送信する。これにより、第2制御回路CNT2は、第3制御バス33CAへ制御信号C1または第4バス34へ制御信号C2を出力する。制御信号C1は第2システムバスSBUS2を介して、スレーブ側半導体装置1_2内の制御回路CNT_2へ供給され、メモリ装置2_2や所望のシステムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)がアクセスされる。一方、制御信号C2は、マスタ側データ処理装置3(3_1)から第2バス32_1を介して第1システムバスSBUS1へ供給され、スレーブ側半導体装置1_2内のデータ処理装置3_2によりメモリ装置2_2がアクセスされ、あるいは、所望のシステムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)がアクセスされる。
第2制御回路CNT2は、スレーブ側半導体装置1_2内の制御回路CNT_2からスレーブ側リクエストReqS1を受信し、その応答としてスレーブ側応答ResS1をスレーブ側半導体装置1_2内の制御回路CNT_2へ送信する。これにより、半導体装置1_2内の制御回路CNT_2は、前記同様に、半導体装置1_2内の第3制御バス33CAへ制御信号C1または半導体装置1_2内の第4バス34へ制御信号C2を出力する。
制御信号C1は第2システムバスSBUS2を介して、マスタ側半導体装置1_1内の制御回路CNT_1へ供給され、メモリ装置2_1や所望のシステムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)がアクセスされる。制御信号C2は、スレーブ側データ処理装置3_2から第2バス32_2を介して第1システムバスSBUS1へ供給され、マスタ側半導体装置1_1内のデータ処理装置3_1によりメモリ装置2_1がアクセスされ、あるいは、所望のシステムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)がアクセスされる。なお、制御信号C1のみの利用、制御信号C2のみの利用、あるいは、制御信号C1および制御信号C2を併用して利用するか否かは、データ処理装置3_1のオペレーティングシステム(OS)機能により決定することができる。
図8は、制御信号C1,C2のフォーマットの一例を示す図である。制御信号C1,C2は、メモリタグフィールドMTAG、メモリ機能制御フィールドMCONT、及び、データエリアフィールドDAREAを含む。
メモリタグフィールドMTAGは、転送先メモリ指定フィールドDSMEMと、転送元メモリ指定フィールドSOMEMとを含む。転送先メモリ指定フィールドDSMEMは、メモリ装置(2_1、2_2、・・、2_n、SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)から選択された1または複数のメモリ装置を転送先として指定可能である。転送元メモリ指定フィールドSOMEMは、メモリ装置(2_1、2_2、・・、2_n、SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)から選択された1つのメモリ装置を転送元として指定可能である。ただし、転送先メモリ指定フィールドDSMEMに指定される1または複数のメモリ装置と転送元メモリ指定フィールドSOMEMに指定される1つのメモリ装置とは、異なるメモリ装置であり、重複した指定は認められない。
メモリ機能制御フィールドMCONTは、メモリコマンドフィールドMCMD、ビジーチャネル情報フラグフィールドBUSYFLAG、及びアドレスフィールドAddを含む。メモリコマンドフィールドMCMDは、転送先メモリ指定フィールドDSMEMで指定された1または複数のメモリ装置(2_1、2_2、・・、2_n、SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)に対する読み出しコマンド、または、書込みコマンドを指定可能である。ビジーチャネル情報フラグフィールドBUSYFLAGは、現在使用中のチャネルCHの番号を指定可能である。アドレスフィールドAddは、転送先メモリ指定フィールドDSMEMで指定された1または複数のメモリ装置(2_1、2_2、・・、2_n、SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)に対するそれぞれの転送先アドレス範囲を指定可能である。転送先メモリアドレスの範囲は、例えば、(x1,y1)−(x2、y2)の様に、ロウアドレス(x1,x2)とカラムアドレス(y1,y2)を用いた範囲で指定することが可能である。図6及び図7で説明されたコマンド/アドレスCAdは、メモリコマンドフィールドMCMD及びアドレスフィールドAddから生成される。
データエリアフィールドDAREAは、転送元メモリ指定フィールドSOMEMにより指定された転送元メモリ装置内の転送元メモリアドレス(Access mBlock)の範囲を指定可能である。転送元メモリアドレスの範囲は、例えば、(X1,Y1)−(X2、Y2)の様に、ロウアドレス(X1,X2)とカラムアドレス(Y1,Y2)を用いた範囲で指定することが出来る。
したがって、制御信号C1として、例えば、以下の様に、上記フォーマットを指定することにより、次のようなメモリ管理(コピーまたはコヒーレント管理)の動作が可能になる。
指定例1)シングルライト1(メモリ装置2_1−>メモリ装置2_2):
転送先メモリ指定フィールドDSMEMにメモリ装置2_2を指定し、転送元メモリ指定フィールドSOMEMにメモリ装置2_1を指定し、メモリコマンドフィールドMCMDに書込みコマンドを指定する。また、データエリアフィールドDAREA及びアドレスフィールドAddにも、所望のアドレスの範囲を指定する。この場合、メモリ装置2_1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、第3データバス33D及び第2システムバスSBUS2を介して、メモリ装置2_2内の制御回路CNT2へ供給され、アドレスフィールドAddで指定したメモリ装置2_2のアドレスの範囲へ書き込まれる(コピーされる)。なお、この場合、転送元メモリ指定フィールドSOMEMは、マスタ側半導体装置1_1のメモリ装置2_1であることは判明しているので、転送元メモリ指定フィールドSOMEMの指定は省略可能である。
指定例2)マルチライト1(メモリ装置2_1−>メモリ装置2_2、2_n):
転送先メモリ指定フィールドDSMEMにメモリ装置2_2、2_nを指定し、転送元メモリ指定フィールドSOMEMにメモリ装置2_1を指定し、メモリコマンドフィールドMCMDに書込みコマンドを指定する。また、データエリアフィールドDAREA及びアドレスフィールドAddにも、所望のアドレスの範囲を指定する。この場合、メモリ装置2_1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、第3データバス33D及び第2システムバスSBUS2を介して、メモリ装置2_2、2_n内の制御回路CNT2へ供給され、アドレスフィールドAddで指定したメモリ装置2_2、2_nのアドレスの範囲へ書き込まれる(コピーされる)。この場合、転送元メモリ指定フィールドSOMEMは、マスタ側半導体装置1_1のメモリ装置2_1であることは判明しているので、転送元メモリ指定フィールドSOMEMの指定は省略可能である。
なお、転送先メモリ指定フィールドDSMEMにメモリ装置2_2、・・、2_nを指定すれば、メモリ装置2_1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、メモリ装置2_1以外の全メモリ装置(2_2、・・、2_n)に書き込まれる。
指定例3)シングルライト2(メモリ装置2_1−>システムメモリSMEM1):
転送先メモリ指定フィールドDSMEMにシステムメモリSMEM1を指定し、転送元メモリ指定フィールドSOMEMにメモリ装置2_1を指定し、メモリコマンドフィールドMCMDに読み出しコマンドを指定する。また、データエリアフィールドDAREA及びアドレスフィールドAddにも、所望のアドレスの範囲を指定する。この場合、メモリ装置2_1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、第3データバス33D及び第2システムバスSBUS2を介して、アドレスフィールドAddで指定したシステムメモリSMEM1のアドレスの範囲へ書き込まれる(コピーされる)。この場合、転送元メモリ指定フィールドSOMEMは、マスタ側半導体装置1_1のメモリ装置2_1であることは判明しているので、転送元メモリ指定フィールドSOMEMの指定は省略可能である。
指定例4)マルチライト2(メモリ装置2_1−>メモリ装置2_2、システムメモリSMEM1):
転送先メモリ指定フィールドDSMEMにメモリ装置2_2、システムメモリSMEM1を指定し、転送元メモリ指定フィールドSOMEMにメモリ装置2_1を指定し、メモリコマンドフィールドMCMDに書込みコマンドを指定する。また、データエリアフィールドDAREA及びアドレスフィールドAddにも、所望のアドレスの範囲を指定する。この場合、メモリ装置2_1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、第2システムバスSBUS2及びメモリ装置2_2内の第3データバス33Dを介して、メモリ装置2_2内の制御回路CNT2へ供給され、アドレスフィールドAddで指定したメモリ装置2_2のアドレスの範囲へ書き込まれる(コピーされる)。さらに、メモリ装置2_1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが第2システムバスSBUS2を介してシステムメモリSMEM1のアドレスフィールドAddで指定したアドレスの範囲へ書き込まれる(コピーされる)。この場合、転送元メモリ指定フィールドSOMEMは、マスタ側半導体装置1_1のメモリ装置2_1であることは判明しているので、転送元メモリ指定フィールドSOMEMの指定は省略可能である。
なお、転送先メモリ指定フィールドDSMEMにメモリ装置2_2、・・、2_n、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnを指定すれば、メモリ装置2_1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、メモリ装置2_1以外の全メモリ装置(2_2、・・、2_n)及び全システムメモリ(SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)に書き込まれる。
指定例5)シングルライト3(システムメモリSMEM1−>メモリ装置2_1):
転送先メモリ指定フィールドDSMEMにメモリ装置2_1を指定し、転送元メモリ指定フィールドSOMEMにシステムメモリSMEM1を指定し、メモリコマンドフィールドMCMDに読み出しコマンドを指定する。また、データエリアフィールドDAREA及びアドレスフィールドAddにも、所望のアドレスの範囲を指定する。この場合、システムメモリSMEM1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、第2システムバスSBUS2及びメモリ装置2_1内の第3データバス33Dを介して、メモリ装置2_1内の制御回路CNT2へ供給され、アドレスフィールドAddで指定したメモリ装置2_1のアドレスの範囲へ書き込まれる(コピーされる)。
指定例6)マルチライト3(システムメモリSMEM1−>メモリ装置2_1、2_2):
転送先メモリ指定フィールドDSMEMにメモリ装置2_1、2_2を指定し、転送元メモリ指定フィールドSOMEMにシステムメモリSMEM1を指定し、メモリコマンドフィールドMCMDに読み出しコマンドを指定する。また、データエリアフィールドDAREA及びアドレスフィールドAddにも、所望のアドレスの範囲を指定する。この場合、システムメモリSMEM1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータが、第2システムバスSBUS2及びメモリ装置2_1内の第3データバス33Dを介して、メモリ装置2_1内の制御回路CNT2へ供給され、アドレスフィールドAddで指定したメモリ装置2_1のアドレスの範囲へ書き込まれる。さらに、データエリアフィールドDAREAで指定したシステムメモリSMEM1のアドレスの範囲のデータが第2システムバスSBUS2及びメモリ装置2_2内の第3データバス33Dを介して、メモリ装置2_2内の制御回路CNT2へ供給され、アドレスフィールドAddで指定したメモリ装置2_2のアドレスの範囲へ書き込まれる(コピーされる)。なお、転送先メモリ指定フィールドDSMEMにすべてのメモリ装置2_1、2_2、・・、2_nを指定すれば、システムメモリSMEM1のデータエリアフィールドDAREAで指定したアドレスの範囲のデータがアドレスフィールドAddで指定したすべてのメモリ装置2_1、2_2、・・、2_nのアドレスの範囲へ書き込まれる。
上記のフォーマットの指定は上記の記載を応用すれば、当業者には容易に理解され得るので、すべての事例の説明は省略する。上記の様なフォーマットとすることにより、前述した1)−6)に記載される様に第2システムバスSBUS2を利用することが可能になる。このため、データ処理装置による第2バス及び第1システムバスSBUS1の利用を制限することなく、第3バス及び第2システムバスSBUS2を利用して、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnの内容及び半導体装置1_1、1_2、・・、1_n内のメモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの内容を管理(コピー及びコヒーレント管理)することが可能である。
図9は、制御信号C1,C2のフォーマットの他の一例を示す図である。図9に示されるフォーマットと図8に示されるフォーマットとの違いは、図9に示されるフォーマットにおいて、メモリ機能制御フィールドMCONTに、さらに、メモリタグ情報フィールドTAGが追加されたことである。図5に示されるデータ処理システムにおいて、利用されるメモリ装置(2_1、2_2、・・、2_n、SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn)がDRAM、SRAM、フラッシュメモリの様な異なる種類のメモリ装置を含む場合、各々に対するメモリコマンドは異なる。それを識別可能とするため、メモリタグ情報フィールドTAGが設けられる。メモリ機能制御フィールドMCONTは、各メモリ装置に対応して、メモリタグ情報フィールドTAG、メモリコマンドフィールドMCMD、ビジーチャネル情報フラグフィールドBUSYFLAG、及びアドレスフィールドAddを指定可能である。例えば、複数のDRAM、複数のSRAM、複数のフラッシュメモリNVM/Flashの様な異なる種類のメモリ装置が混在してデータ処理システムに利用される場合、メモリ機能制御フィールドMCONTには、おのおののDRAMに対応するTAG、MCMD、BUSYFLAG及びAdd、おのおののSRAMに対応するTAG、MCMD、BUSYFLAG、及びAdd、おのおののフラッシュメモリに対応するTAG、MCMD、BUSYFLAG、及びAddを指定する。また、メモリ装置(2_1、2_2、・・、2_n)のおのおのが、例えば、複数のDRAMチップ、複数のSRAMチップ、複数のフラッシュメモリチップなどの混載された積層メモリの場合も、同様に、メモリ機能制御フィールドMCONTには、おのおののDRAMチップに対応するTAG、MCMD、BUSYFLAG及びAdd、おのおののSRAMチップに対応するTAG、MCMD、BUSYFLAG、及びAdd、おのおののフラッシュメモリチップに対応するTAG、MCMD、BUSYFLAG、及びAddが指定可能である。
以上により、異なる種類のメモリ装置を含むデータ処理システムにおいても、第2システムバスSBUS2を利用したメモリ装置の内容の管理が可能になる。
(メモリ装置の変形例1)
図10は、図7のメモリ装置の変形例1を示す図である。図10は、図6に示される回路ブロックCBとしてキャッシュメモリcacheが設けられた場合において、図7のメモリ装置22部分の構成例を示している。他の構成は、図7と同じである。キャッシュメモリcacheは、選択回路SEL1に接続される内部データバス33Diと第3データバス33Dとの間に設けられる。キャッシュメモリcacheは、メモリ装置間の第2システムバスSBUS2を利用したデータ転送、例えば、メモリ装置2_1とシステムメモリSMEM2との間のデータ転送として、ブロック転送を可能とするために設けられる。これにより、データ管理プログラムを容易化することが出来る。
(メモリ装置の変形例2)
図11が、図7のメモリ装置の変形例2を示す図である。図10においては、図6に示される回路ブロックCBとしてキャッシュメモリcacheを設けた構成例を示したが、図11においては、回路ブロックCBとして演算回路ACを設けた構成例を示している。他の構成は、図7及び図10と同じである。単純な演算を行うことが可能な演算回路ACは選択回路SEL1に接続される内部データバス33Diと第3データバス33Dとの間に設けられる。演算回路ACを設けることにより、第2システムバスSBUS2及び第3データバス33Dを介して入力されるデータに対して、データ処理装置での利用に最適となる様に所望の演算を行うことが出来る。例えば、センサからのアナログ情報を受信して直接演算するデータ処理装置において、演算回路ACを設けることにより、アナログ情報に所望の演算を行うことで所望のデジタル形式情報へ変換することが出来る。これにより、データ処理装置のデータ処理の効率的を向上させることが出来る。
図11には、チャネル割付けの一例も示されている。図11おいて、チャネル1、3−16はデータ処理装置3_1のフォアグランド処理のために割付けられたチャネルを示している。一方、チャネル2はメモリ管理のために割り付けられたチャネルを示している。ここで、チャネル2は、フォアグランド処理に対してバックグラウンドでの処理に利用されるチャネルと見做すことが出来る。バックグラウンド処理に割付けられたチャネル2は、メモリ管理が終了した場合、データ処理装置3_1の制御により、他のチャネル、例えば、チャネル1へ変更することが出来る。また、チャネル2は、フォアグランド処理のチャネルとして割付け可能である。データ処理装置3_1は、チャネル割付けの機能をそのオペラーティングシステム(OS)に有する。このチャネル割付けは、データ処理装置3_1が第4バス34から第2制御回路CNT2へチャネル要求情報を送信することにより可能である。この場合、データ処理装置3_1から送信されるチャネル要求情報の優先度は、チャネル調停時において、高い優先度に設定する必要がある。
図12は、図11のチャネル割付けの他の割付け例を示す図である。図12において、チャネル1−3がバックグラウンド処理に割付けられ、チャネル4−16がフォアグランド処理に割付けられている。他の構成は、図7及び図11と同じである。この構成は、例えば、チャネル1−3に同一のデータを書き込む等の処理に利用することが出来る。チャネル1−3の様に、複数チャネルをバックグラウンド処理に割付ける場合、例えば、図8のフォーマットへ、新たにチャネル割り当て指定フィールを追加し、そのチャネル割り当て指定フィールに、複数のチャネルを指定可能とする事により、実施可能である。
(メモリ装置の変形例3)
図13は、図7のメモリ装置の変形例3を示す図である。図13は、図3で示された1次キャッシュメモリL1および2次キャッシュメモリL2を、メモリ装置2_1のチャネル1(L1)およびチャネル2(L2)で実現する場合の模式的な構成例を示している。1次キャッシュメモリ(チャネル1(L1))および2次キャッシュメモリ(チャネル2(L2))のキャッシュ制御回路CACHE_CONTは、選択回路SEL1とチャネル1(L1)およびチャネル2(L2)の間に配置されるように描かれている。1次キャッシュメモリ(チャネル1(L1))および2次キャッシュメモリ(チャネル2(L2))の記憶内容の管理は、第2システムバスSBUS2及び第3データバス33Dを利用して行うことが可能である。
(データ処理システムの変形例1)
図14は、図5のデータ処理システムの変形例1を示す図である。図5では、2ポートメモリのシステムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnに、第1システムバスSBUS1と第2システムバスSBUS2とを接続させた。図14では、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnのおのおのは、入出力ポートを1つ有するシングルポートメモリとされており、そのポートは第1システムバスSBUS1に接続される。このため、この例では、第1システムバスSBUS1と第2システムバスSBUS2との間にクロスバースイッチCrossSWを設けることで、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnと第2システムバスSBUS2との接続が可能にされている。他の構成は、図5と同じである。
以上の構成においても、第1システムバスSBUS1を利用することなく、第2システムバスSBUS2を利用して、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnの内容及び半導体装置1_1、1_2、・・、1_n内の各メモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの内容を管理することが出来る。
図15は、実施例2に係る半導体装置の概念的なブロック図である。図3の半導体装置1には1つのデータ処理装置3と1つのメモリ装置2が設けられていたが、図15の半導体装置1aには、1つのデータ処理装置3と4個のメモリ装置(第1メモリ装置、第2メモリ装置、第3メモリ装置及び第4メモリ装置)2−1、2−2、2−3及び2−4とが設けられている。それに伴い、図15の半導体装置1aには、第2インターフェイス部IF2とされる4つの複数の第1外部端子61−1、61−2、61−3および61−4が設けられる。メモリ装置2−1、2−2、2−3及び2−4のおのおのに対応して、図3と同様に、第1バス31、第3バス33、第4バス34及び制御回路CNTが設けられる。他の構成は、実施例1の図3と同様である。なお、図15の第1バス31、第3バス33、第4バス34及び制御回路CNTは、図6と同一の構成とされるので、その説明は省略する。
図16は、図15の半導体装置に係るデータ処理システムの構成図である。図16のデータ処理システムは、複数の半導体装置1a_1、1a_2、・・、1a−nを含む。半導体装置1a_1、1a_2、・・、1a−nのおのおのは、図15の半導体装置1aに対応する。半導体装置1a_1は、第2システムバスSBUS2に接続された複数の第1外部端子61−1_1、61−2_1、61−3_1および61−4_1を有する。半導体装置1a_1は、また、第1システムバスSBUS1に接続された第2外部端子62_1を有する。半導体装置1a_2、・・、1a−nも、同様に、第2システムバスSBUS2に接続された複数の第1外部端子(61−1_2、61−2_2、61−3_2および61−4_2、・・、61−1_n、61−2_n、61−3_nおよび61−4_n)を有する。また、半導体装置1a_2、・・、1a−nは、同様に、第1システムバスSBUS1に接続された第2外部端子(62_2、・・、62_n)を有する。システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnのおのおのは、図5と同様に、2ポートのメモリとされており、一方のポートは第1システムバスSBUS1に接続され、他のポートが第2システムバスSBUS2に接続される。
図17は、図15の半導体装置に係る他のデータ処理システムの構成図である。図16のデータ処理システムとの違いは、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnのおのおのの入出力ポートがシングルポートとされており、クロスバースイッチCrossBarが第1システムバスSBUS1と第2システムバスSBUS2との間に設ける点である。すなわち、図14のデータ処理システムに、図15の半導体装置1aの複数を利用したものである。他の構成は、図16と同じである。
以上の実施例2の構成においても、第1システムバスSBUS1を利用することなく、第2システムバスSBUS2を利用して、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnの内容及び半導体装置1_1、1_2、・・、1_n内の各メモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの内容を管理することが出来る。
図18は、実施例3に係る半導体装置の変形例を示すブロック図である。図15の半導体装置1aと図18の半導体装置1bとの異なる部分は、図18の半導体装置1bには4個のメモリ装置(第1メモリ装置、第2メモリ装置、第3メモリ装置及び第4メモリ装置)2−1、2−2、2−3及び2−4とが設けられているが、複数の第1外部端子61は1つのみ設けられている点てある。すなわち、4個のメモリ装置2−1、2−2、2−3及び2−4に対応して、図15と同様に、第1バス31、第3バス33、第4バス34及び制御回路CNTが設けられるが、各々の第3バス33は、共通第3バス33Cに接続され、共通第3バス33Cが複数の第1外部端子61に接続される。なお、共通第3バス33Cは、図18の上部において点線で示されるように、半導体装置1b内においてリング状に設けられてもよい。
図19は、図18の半導体装置に係るデータ処理システムの構成図である。図19のデータ処理システムは、複数の半導体装置1b_1、1b_2、・・、1b−nを含む。半導体装置1b_1、1b_2、・・、1b−nのおのおのは、図18の半導体装置1bに対応する。半導体装置1b_1は、第2システムバスSBUS2に接続された第1外部端子61_1を有する。半導体装置1b_1は、また、第1システムバスSBUS1に接続された第2外部端子62_1を有する。半導体装置1b_2、・・、1b−nも、同様に、第2システムバスSBUS2に接続された複数の第1外部端子(61_2、・・、61_n)を有する。また、半導体装置1b_2、・・、1b−nは、同様に、第1システムバスSBUS1に接続された第2外部端子(62_2、・・、62_n)を有する。システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnのおのおのは、図5と同様に、2ポートのメモリとされており、一方のポートは第1システムバスSBUS1に接続され、他のポートが第2システムバスSBUS2に接続される。
図20は、図18の半導体装置に係る他のデータ処理システムの構成図である。図19のデータ処理システムとの違いは、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnのおのおのの入出力ポートがシングルポートとされており、クロスバースイッチCrossBarが第1システムバスSBUS1と第2システムバスSBUS2との間に設ける点である。すなわち、図14のデータ処理システムに、図18の半導体装置1bの複数を利用したものである。他の構成は、図19と同じである。
以上の実施例3の構成においても、第1システムバスSBUS1を利用することなく、第2システムバスSBUS2を利用して、システムメモリSMEM1、SMEM2、・・、SMEMnの内容及び半導体装置1_1、1_2、・・、1_n内の各メモリ装置2_1、2_2、・・、2_nの内容を管理することが出来る。
図21は、実施例4に係るデータ処理システムの構成図である。図21は、図5のデータ処理システムにおいて、第1システムバスSBUS1と第2システムバスSBUS2とに接続されるサブシステムメモリSUSYSMを新たに設けた構成である。サブシステムメモリSUSYSMは、第2システムバスSBUS2に対して、シェアードメモリの階層を1階層増やし、共通にシェアする必要のあるデータを、一括管理するために設けられる。サブシステムメモリSUSYSMは、マスタとして、第1システムバスSBUS1を俯瞰し、並列化したデータ処理装置1_1、1_2、・・、1_nを仮想化し、データプレーンを制御する。サブシステムメモリSUSYSMは、共用メモリSHMEMを含み、共用メモリSHMEMには共通にシェアする必要のあるデータが格納される。また、サブシステムメモリSUSYSMは、マルチコア化したデータ処理システムの各記憶装置2_1、2_2、・・、2_nのメモリ空間を、システムプールとして共有する共用メモリSHMEMとそれを制御するコントローラを有する。
以上の構成により、マルチコア化したデータ処理システムにおいて、各記憶装置2_1、2_2、・・、2_nの記憶内容をデータシステム全体で一体化した制御を行うことが出来る。また、データ処理装置内での制御も行いつつ、シェアードメモリの階層を1階層増やして階層化することで、データ転送と処理の負荷を分散可能である。
(変形例)
以下、本発明に係る変形例を説明する。以下においては、実施例1で説明された制御回路CNT(CNT_1,CNT_2,・・、CNT_n)の設けられる部分が変形例として説明される。なお、図6で説明された回路ブロックCB(図10ではキャッシュメモリcache、図11では演算回路)を、制御回路CNTに含めても良い。
(変形例1)
図22は、変形例1に係る半導体装置の構成例を示す図である。実施例1の図6では、基礎チップ21に制御回路CNTの構成を設けた一例が示された。図22の(a)に示される半導体装置1cにおいては、制御回路CNTは、メモリ装置2の基礎チップ21ではなく、データ処理装置3内に設けられる。この場合、例えば、データ処理装置3に含まれるメモリコントローラに、制御回路CNTの機能を内蔵させるのが良い。図22の(b)は、メモリ装置2がデータ処理装置3の上面に積載された構成、すなわち、3次元実装の半導体装置1cの概念的な断面図である。
このような構成でも、実施例1と同様な効果を得ることが出来る。
(変形例2)
図23は、変形例2に係る半導体装置の構成例を示す図であり、図24は変形例2に係るデータ処理システムの構成例を示す図である。変形例2においては、図24に示されるように、図21で説明されたサブシステムメモリSUSYSMに、制御回路CNTが設けられる。この場合、図24に示される半導体装置1d−1、1d−2、・・、1d−nは、図23に示される様な構成のデータ処理装置1dである。図23に示されるデータ処理装置1dでは、実施例1で示された様な、基礎チップ21内の制御回路CNTの構成は、データ処理装置1dに設けられていない。その代わりとして、サブシステムメモリSUSYSMに、制御回路CNTが設けられる。なお、場合によっては、第2制御回路CNT2及び選択回路SEL1を含む回路部分がサブシステムメモリSUSYSMに設けられても良い。
このような構成でも、実施例1と同様な効果を得ることが可能である。
(変形例3)
図25は、変形例3に係るデータ処理システムの構成例を示す図である。図24の変形例2では、サブシステムメモリSUSYSMに、制御回路CNTが設けられた。変形例3では、制御回路CNTを含むサブシステムメモリSUSYSMを設けず、その代わりとして、第1システムバスSBUS1と第2システムバスSBUS2との間に、制御回路CNTを接続した。データ処理装置1d−1、1d−2、・・、1d−nは、変形例2で説明された図23に示される構成のデータ処理装置1dを利用できる。なお、場合によっては、第2制御回路CNT2及び選択回路SEL1を含む回路部分が、第1システムバスSBUS1と第2システムバスSBUS2との間に、設けられても良い。
このような構成でも、実施例1と同様な効果を得ることが可能である。
(変形例4)
図26は、変形例4に係る半導体装置の構成例を示す図である。図26は、メモリ装置2がデータ処理装置3の上面に積載された構成、すなわち、3次元実装の半導体装置1eの概念的な断面図である。図22の変形例1では、データ処理装置3に制御回路CNTが設けられた例が示された。この例では、制御回路CNTは、例えば、メモリチップ224に設けられる。なお、制御回路CNTは、メモリチップ221、222、223、224のいずれか一つのメモリチップに設ければ良い。あるいは、制御回路CNTを、メモリチップ221、222、223、224に分散して設けることもできる。
このような構成でも、実施例1と同様な効果を得ることが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
1、1_1、1_2、・・、1_n:半導体装置、2、2_1、2_2、・・、2_n:メモリ装置、3:データ処理装置、21:基礎チップ(ベースダイ)、22、221、222、223、224:半導体メモリチップ、23:接続構造(TVSおよび金属電極)、4:第1基板(シリコンインターポーザー)、5:第2基板、6:外部端子(複数のボール電極)、7:キャップ、61:第1外部端子、62:第2外部端子、IF1:第1インターフェイス部、IF2:第2インターフェイス部、SBUS1:第1システムバス、SBUS2:第2システムバス(補助バス、拡張バス)、31:第1バス(第1信号経路)、32:第2バス(第2信号経路)、33:第3バス(第3信号経路)、34:第4バス(第4信号経路)、CPU/GPU:プロセッサユニット、L1:1次キャッシュメモリ、L2:2次キャッシュメモリ、L3/LLC:3次キャッシュメモリ・ラストレベルキャッシュ、CB:回路ブロック、CNT:制御回路、SMEM1、SMEM2、・・、SMEMn:システムメモリ、MTAG:メモリタグフィールド、MCONT:メモリ機能制御フィールド、DAREA:データエリアフィールド、DSMEM:転送先メモリ指定フィールド、SOMEM:転送元メモリ指定フィールド、MCMD:メモリコマンドフィールド、Add:アドレスフィールド、BUSYFLAG:ビジーチャネル情報フラグフィールド、TAG:メモリタグ情報フィールド、cache:キャッシュメモリ、AC:演算回路

Claims (16)

  1. 第1外部端子と、
    第2外部端子と、
    データ処理装置と、
    メモリ装置と、
    前記データ処理装置と前記メモリ装置との間に結合された第1バスと、
    前記データ処理装置と前記第2外部端子との間に結合された第2バスと、
    前記第1外部端子に結合された第3バスと、
    前記第1バスと前記第3バスとに結合された制御回路と、を有し、
    前記制御回路は、前記第3バスを利用した前記メモリ装置の管理機能を有する、
    半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記データ処理装置は、中央処理装置と、キャッシュメモリと、を含む、半導体装置。
  3. 請求項2に記載の半導体装置において、
    前記メモリ装置は、
    基礎チップと、
    前記基礎チップの上に搭載された半導体メモリと、を含み、
    前記制御回路は、前記基礎チップに設けられる、半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記半導体メモリは、積層された複数の半導体メモリチップを含む、半導体装置。
  5. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記メモリ装置は、第1メモリ装置、第2メモリ装置、第3メモリ装置及び第4メモリ装置を含み、
    前記第1外部端子は、前記第1メモリ装置に接続された第1端子と、前記第2メモリ装置に接続された第2端子と、前記第3メモリ装置に接続された第3端子と、前記第4メモリ装置に接続された第4端子と、を含む、半導体装置。
  6. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記メモリ装置は、第1メモリ装置、第2メモリ装置、第3メモリ装置及び第4メモリ装置を含み、
    前記第1メモリ装置、前記第2メモリ装置、前記第3メモリ装置及び前記第4メモリ装置のおのおのは、前記第3バスを介して、前記第1外部端子に結合される、半導体装置。
  7. システムバスと、
    補助バスと、
    前記システムバスおよび前記補助バスに結合されたシステムメモリと、
    前記システムバスおよび前記補助バスに結合され、おのおのがデータ処理装置とメモリ装置とを含む複数の半導体装置と、
    制御回路と、を含み、
    前記制御回路は、前記補助バスを利用した前記メモリ装置及び前記システムメモリの管理機能を有する、
    データ処理システム。
  8. 請求項7に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記制御回路は、前記複数の半導体装置のおのおのに設けられる、データ処理システム。
  9. 請求項8に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記複数の半導体装置のおのおのは、
    前記補助バスに結合された第1外部端子と、
    前記システムバスに結合された第2外部端子と、
    前記データ処理装置と前記メモリ装置との間に結合された第1バスと、
    前記データ処理装置と前記第2外部端子との間に結合された第2バスと、
    前記第1外部端子に結合された第3バスと、を有し、
    前記制御回路は、前記第1バスと前記第3バスとに結合される、データ処理システム。
  10. 請求項9に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記メモリ装置は、
    基礎チップと、
    前記基礎チップの上に搭載された半導体メモリと、を含み、
    前記制御回路は、前記基礎チップに設けられる、データ処理システム。
  11. 請求項10に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記半導体メモリは、積層された複数の半導体メモリチップを含む、データ処理システム。
  12. 請求項10に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記メモリ装置は、第1メモリ装置、第2メモリ装置、第3メモリ装置及び第4メモリ装置を含み、
    前記第1外部端子は、前記第1メモリ装置に接続された第1端子と、前記第2メモリ装置に接続された第2端子と、前記第3メモリ装置に接続された第3端子と及び前記第4メモリ装置に接続された第4端子と、を含む、データ処理システム。
  13. 請求項10に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記メモリ装置は、第1メモリ装置、第2メモリ装置、第3メモリ装置及び第4メモリ装置を含み、
    前記第1メモリ装置、前記第2メモリ装置、前記第3メモリ装置及び前記第4メモリ装置のおのおのは、前記第3バスを介して、前記第1外部端子に結合される、データ処理システム。
  14. 請求項7に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記制御回路は、前記システムバスと前記補助バスとの間に設けられる、データ処理システム。
  15. 請求項7に記載のデータ処理システムにおいて、さらに、
    前記システムバスと前記補助バスとの間に結合されたサブシステムメモリを含む、データ処理システム。
  16. 請求項15に記載のデータ処理システムにおいて、
    前記制御回路は、前記サブシステムメモリに設けられる、データ処理システム。
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