TW202226758A - 用於執行電源定序之設備 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種設備，其包含：一中介層；第一電源連接器，其等安置於一第一表面上且自一或多個電源接收各自電源輸入；第二電源連接器，其等安置於該第二表面上且在一積體電路安裝於該中介層之該第二表面上時接納該積體電路之一各自第三電源連接器；複數個開關，其等形成於該中介層內；控制電路，其形成於該中介層內；及一定序器電路，其耦合至該控制電路之控制輸入且針對一控制輸入信號產生一不同值，該控制輸入信號之該不同值使該控制電路之該控制邏輯產生一對應切換信號組，且根據一預定義序列產生針對該控制輸入信號之該複數個不同值，以根據通電序列將電力提供至該積體電路。

Description

用於執行電源定序之設備
用於資料中心中之大型電腦、儲存器或網路伺服器系統通常由非常大量電源軌道構成。當一電路板通電、斷電或進入不同電力狀態中(諸如發生故障或節流)時，所有此等軌道需要以一特定順序通電/斷電以使板上之晶片及主動組件起作用或對應於電力狀態之定義表現(諸如開啟/關閉，睡眠)。此程序被稱為電源定序，其通常藉由被稱為一定序器之一專用板載組件執行。典型較簡易板將具有一個定序器，該定序器具有含有控制所有電源軌道之定序之順序及延遲資訊之預程式化韌體。當電源軌道之數目變大時，需要更多此等裝置且其等佔據珍貴之板空間、增加設計複雜度且變得難以管理。在一些情況中，需要維持多個定序器之一「主-從」組態，從而進一步複雜化板級設計。
經電源定序之電路包含在矽晶粒下方且在封裝基板上方之一矽中介層以用於一個插座或至另一插座的連接之間之一電介面佈線。一中介層之目的係將一連接散佈至一更寬節距或使一連接重新佈線成一不同連接。
此說明書描述與用於將一電源定序電路整合於一電路矽中介層中之系統及方法相關之技術。
一般言之，此說明書中描述之標的物之一個新穎態樣可在一設備中體現，該設備包含：一中介層，其具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面；第一電源連接器，其等安置於該第一表面上且自一或多個電源接收各自電力輸入；第二電源連接器，其等安置於該第二表面上且當一積體電路安裝於該中介層之該第二表面上時接納該積體電路之一各自第三電源連接器；複數個開關，其等形成於該中介層內；控制電路，其形成於該中介層內；及一定序器電路，其經耦合至該控制電路之控制輸入且產生控制輸入信號。各開關具有連接至該等第一電源連接器之一者之一第一端子、連接至該等第二電源連接器之一者之一第二端子及接收一切換信號之一開關控制輸入，其中當該切換信號處於一第一狀態中時，該開關處於一閉合位置中以將該第一端子電連接至該第二端子，且當該切換信號處於一第二狀態中時，該開關處於一斷開位置中以將該第一端子與該第二端子電隔離。該控制電路包含：一控制輸入，其接收一控制輸入信號；複數個控制輸出，各控制輸出連接至一開關控制輸入；及控制邏輯，其經耦合至該控制輸入及該複數個控制輸出，且基於應用至該控制輸入之該控制輸入信號之一特定狀態，在該等控制輸出上產生一對應切換信號組以控制該複數個開關。該定序器電路產生針對該控制輸入信號之複數個不同值，其中該控制輸入信號之各值使該控制電路之該控制邏輯產生一對應切換信號組，且根據一預定義序列產生針對該控制輸入信號之該複數個不同值，以根據通電序列將電力提供至該積體電路。
此等及其他實施例可各視情況包含下列特徵之一或多者。
在一些態樣中，該定序器電路被包含於該積體電路中，且該中介層包含一核心軌道連接，該核心軌道連接不受一開關控制且將電力提供至該積體電路之一核心軌道，且其中該定序器電路藉由該核心軌道供電。
在一些態樣中，該定序器電路被包含於一電路板中，該中介層藉由該第一表面安裝在該電路板上，且該定序器電路經連接至該電路板中之一電源軌道。
在一些態樣中，該設備進一步包含一電路板，及一封裝層，該封裝層具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面，其中該封裝層之該第一表面安裝至該電路板，且該封裝層之該第二表面安裝至該中介層之該第一表面。
在一些態樣中，該設備進一步包含一電荷泵電路，該電荷泵電路使針對一特定開關之一切換信號之一輸入電壓升壓且將該切換信號之該經升壓輸入電壓提供至該特定開關之一開關控制輸入。
在一些態樣中，該等開關為MOSFET。
本說明書中描述之標的物之特定實施例可經實施以實現下列優點之一或多者。本文描述之該主動式中介層電路配置之益處在於各積體電路係自含式以滿足其電源定序需求。該定序需求可在該積體電路韌體或板載控制器韌體中直接寫入或改變。另外，該主動式中介層電路配置移除該板上之多個電源定序器，從而產生用於額外特徵及電力節省之額外空間。
在下文之附圖及描述中陳述在此說明書中描述之標的物之一或多項實施例之細節。自描述、圖式及發明申請專利範圍將瞭解標的物之其他特徵、態樣及優勢。
此書面描述之標的物係關於用於將一電源定序電路整合於一電路裝置之矽中介層(諸如一特定應用積體電路(ASIC)之矽中介層)中之系統及方法。本發明描述用中介層中之邏輯及延遲電路實施電源定序且藉由ASIC或電路板中之一板載控制器中之一控制器控制之一設備。在以下實例中，描述一ASIC，但將理解，其他積體電路亦可獲益於矽中介層中之電源定序。
現代高效能ASIC廣泛使用矽晶粒下方及封裝基板上方之一矽中介層來將來自電腦晶粒之高速信號連接至記憶體晶粒或收發器晶片。矽中介層通常用較舊技術節點製成且係被動式的。本發明提出在中介層中實施邏輯及延遲電路之一設備，該邏輯及延遲電路係主動式的且充當在中介層上組裝之(若干) ASIC晶粒之電源軌道之封裝中電源定序器。
在一個實施方案中，一設備包含：一中介層；第一電源連接器，其等自一或多個電源接收各自電力輸入；第二電源連接器，其等在一積體電路安裝於中介層上時接納積體電路之一各自第三電源連接器；複數個開關，其等形成於中介層內；及控制電路，其形成於中介層內。控制電路包含：一控制輸入，其接收一控制輸入信號；複數個控制輸出，各控制輸出連接至一開關控制輸入；及控制邏輯，其在控制輸出上產生一對應切換信號組以控制複數個開關。
在一些實施方案中，定序邏輯儲存於ASIC之整合式控制器上之韌體中。封裝中定序電路(例如，開關)具有連接至ASIC其自身之控制信號。替代地，或另外，在一些實施方案中，定序邏輯儲存於電路板上之一嵌入式板載控制器上之韌體中，且定序電路具有連接至板載控制器之控制信號。
在下文中更詳細描述此等特徵及額外特徵。
圖1係一矽中介層中之一實例整合式電源定序電路之一方塊圖。特定言之，圖1係一實例設備100，其包含定位於一ASIC 140中之一定序器電路控制器144且控制用於一經定序通電程序之切換信號。如展示，設備100包含一電路板110、一封裝基板120、一中介層130及一ASIC 140。
電路板110包含：電源112，其將電力供應至一核心電源軌道111；及電源114a、114b、114n等，其等分別將電力供應至電源軌道113a、113b、113n等(下文中統稱為電源軌道113)。電源軌道111及113之各者透過封裝基板120電連接至中介層130中之電源連接器，如本文進一步描述。如在圖1中展示，電源軌道及電源之所呈現組合僅出於例示性目的，且不意在限於一對一比例。在一些實施方案中，一個電源可將電力提供至兩個或兩個以上電源軌道。例如，電源114a可將電力提供至電源軌道113a及113b兩者，因此，電源114b將係不必要的。
中介層130透過封裝基板120將ASIC 140電耦合至電路板110。封裝基板120包含在一第一端處之一面向電路板側，及在一第二端處之一面向中介層側。封裝基板120為設備100提供一機械基底支撐及一電介面之一形式，該電介面容許外部組件或電路(例如，中介層130及ASIC 140)接取容置於封裝基板120之面向電路板側內之裝置(例如，電路板110)。為了將ASIC 140及中介層130電連接至電路板110，垂直穿孔(或其他傳導構件)形成於封裝基板120中且藉由開關控制。封裝基板120可由任何已知使用之材料組成，諸如一基於環氧樹脂之積層、基於樹脂之積層、用作一帶基板之一聚合物材料或類似者。例如，如在圖1中展示，一核心電源軌道111係一垂直穿孔且在垂直方向上展示在封裝基板120及中介層130中，但在一水平方向上存在中介層130中之核心電源軌道111之一水平分叉，該水平分叉將電力提供至開關控制電路134。
為了將中介層130及ASIC 140電耦合至電路板110，封裝基板120可包含具有金屬平面或跡線之若干層，該等金屬平面或跡線藉由穿孔電鍍通孔彼此互連。因此，封裝基板120可包含可實現此佈線功能之金屬導體。另外，或替代地，封裝基板120包含提供一電連接，使得電源軌道111及113透過封裝基板120自電路板110電連接至中介層130之替代方法。
如在1中展示，中介層130包含開關控制電路134及複數個開關132a、132b、132n (本文中亦被稱為開關132)。開關控制電路134包含控制邏輯，該控制邏輯產生切換信號136a、136b、136n等(本文中亦被稱為切換信號136)以分別控制開關132a、132b、132n，以便控制各各自電源軌道133之電力，如結合圖2更詳細論述。
中介層130進一步包含在中介層130之面向基板側之表面上之複數個電源連接器131、133a、133b、133n等，以及在中介層130之面向ASIC側之表面上之複數個電源連接器137、135a、135b、135n等。電源連接器之各者可包含微凸塊以將各自電源軌道113透過封裝基板120電耦合至ASIC 140或電路板110。例如，電源連接器131經電耦合至核心電源軌道111，且藉由一微凸塊連接至封裝基板120。替代地，焊料凸塊可用於複數個電源連接器之本文描述之電連接。替代地，微凸塊可用於一個特定電源連接器組之電連接，且焊料凸塊可用於一不同電源連接器組之本文描述之電連接。例如，中介層130之面向基板側上之電源連接器組(例如，電源連接器131、133a至133n)可包含將中介層130電連接至封裝基板120之焊料凸塊。另外，中介層130之面向ASIC側上之電源連接器組(例如，電源連接器137、135a至135n)可包含將中介層130電連接至ASIC 140之面向中介層側上之電源連接器組(例如，電源連接器147、146a至146n)之微凸塊。
ASIC 140包含在一第一端處之一面向中介層側，及在一第二端處之一面向外側。ASIC 140包含諸如一控制器144及複數個電源輸入142a、142b、142n等(本文中亦被稱為電源輸入142)之組件。另外，ASIC 140包含ASIC 140之面向中介層側之表面上之複數個電源連接器147、146a、146b、146n等，其等能夠電連接至中介層130。
在圖1中展示之實例實施方案中，控制器144包含一定序器電路，該定序器電路產生且發送一控制輸入信號145至中介層130中之開關控制電路134之控制輸入。針對控制輸入信號產生複數個不同值，其中控制輸入信號145之各值使開關控制電路134之控制邏輯產生一對應切換信號136組以控制各開關132。例如，控制輸入信號145之複數個不同值由控制器144根據一預定義序列產生以根據通電序列將電力提供至ASIC 140。開關132開啟且關閉至ASIC 140之電源輸入142之個別電源軌道113。控制信號之時序及電力閘極切換延遲經設計使得定序可滿足ASIC 140之特定規格。因此，具有用於電源輸入142之不同通電定序指令之一不同ASIC 140可耦合至中介層130之開關控制電路134且為特定ASIC提供一不同通電序列事件。
圖2係一主動式矽中介層(諸如圖1之中介層130)之一實例電路配置200。在此實例電路配置200中，中介層130在中介層130之面向基板側上自核心電源軌道111之一核心軌道電源接收電力，以及分別自定序電源軌道113a、113b、113n等之其他輸入電源VDD1、VDD2、VDDn等接收電力。另外，中介層130可操作以在中介層130之面向ASIC側上針對核心電源軌道111之核心軌道電源提供電力輸出，以及分別針對定序電源軌道113a、113b、113n等提供輸出電源VDD1'、VDD2'、VDDn'等至其他組件。
開關控制電路134包含控制邏輯204及延遲電路206。控制邏輯204及延遲電路206各包含用以自核心電源軌道111接收核心電力之一電源輸入。控制器144亦自控制核心電源軌道111接收電力，且因此不需要「接通」。控制邏輯204包含一控制輸入，該控制輸入接收藉由開關控制電路134自一定序器電路(例如，ASIC 140之控制器144或電路板110上之一板載控制器，如本文參考圖3進一步描述)接收之一控制輸入信號202 (例如，來自圖1之控制輸入信號145)。控制器114產生控制信號，使得ASIC 140可根據一受控電源序列通電，例如，軌道可以一特定預定義序列被供電，此確保ASIC 140一旦完全通電便將根據規格操作且無電源引起之誤差。控制邏輯204將一輸出信號205提供至延遲電路206之一輸入。接著，延遲電路根據控制輸入信號202中接收之一電源定序程序針對各自開關132a、132b、132n等產生切換信號136a、136b、136n等。切換信號136包含一第一狀態及一第二狀態。例如，當切換信號處於一第一狀態中時，開關處於一閉合位置中以將第一端子電連接至第二端子，且當切換信號處於一第二狀態中時，開關處於一斷開位置中以將第一端子與第二端子電隔離。控制邏輯可藉由提供開關之切換信號之任何適當控制電路實施。
實例實施例中之開關132為MOSFETS，然而可使用不同類型之開關。如在圖2中展示，各開關132a、132b、132n包含一第一端子、一第二端子及一第三端子。各開關之第三端子接收一控制信號，該控制信號將第一開關置於其中在第一端子與第二端子之間建立一導電路徑之一閉合狀態或其中在第一端子與第二端子之間消除導電路徑之一斷開狀態。開關132 (或被稱為電源閘極)開啟或關閉個別電源軌道。例如，開關132a用於自電源軌道113a (例如，VDD1)接通且關斷自中介層130之面向基板側上之電源連接器133a至中介層130之面向ASIC側上之電源連接器135a之電力。在操作中，在一開啟狀態中，開關132a在開關132a之第三端子處接收切換信號136a，該切換信號136a將開關132a置於其中在開關132a之第一端子與第二端子之間建立一導電路徑之一閉合狀態中，且輸出電力VDD1’現被提供為自電源連接器135a至一連接裝置(諸如圖1中之ASIC 140)之一輸出。在一關閉狀態中，開關132a在開關132a之第三端子處接收切換信號136a，該切換信號136a將開關132a置於其中在開關132a之第一端子與第二端子之間消除導電路徑之一斷開狀態中，且電力VDD1現被禁止作為自電源連接器135a至一連接裝置(諸如圖1中之ASIC 140)之一輸出。
在一些實施方案中，中介層130包含用於提高切換信號136之驅動電壓且完全斷開開關132之一或多個電荷泵。例如，如在圖2中展示，電荷泵210連接至切換信號136n。在操作中，電荷泵210可使切換信號136n之電壓升壓以便提供使開關132n能夠完全斷開以將預期電力自電源軌道113n (VDDn)提供至電連接至中介層130之面向ASIC側之一組件(諸如圖1中之ASIC 140)之一電壓。因此，電荷泵210確保在電源連接器133n (VDDn)處接收之輸入電力實質上類似於電源連接器135n (VDDn ’)處之輸出電力。
圖3係一矽中介層中之一實例整合式電源定序電路之一方塊圖。特定言之，圖3係包含透過一電路板上之一控制器控制切換信號之一定序器電路之一實例設備300。設備300具有類似於圖1中展示之設備100之一拓撲，惟電路板310上之一板載控制器316將控制輸入信號317提供至開關控制電路134，而非如圖1中之來自ASIC 140之控制器144之控制輸入信號145除外。
如在圖3中展示，板載控制器316 (亦被稱為一定序器電路)自電源112電連接至核心電源軌道111。核心電源軌道通常係來自電路板310之第一軌道，且亦係在電源軌道定序程序中開啟之第一軌道，且給板載控制器316內側之整合式晶片管理器(其接著執行晶片韌體)供電，與開關控制電路134通信且管理定序程序之剩餘部分，如本文描述。
本說明書中描述之標的物及操作之實施例可實施為數位電子電路或電腦軟體、韌體或硬體(包含本說明書中揭示之結構及其等結構等效物)，或其等之一或多者之組合。本說明書中描述之標的物之實施例可被實施為一或多個電腦程式，即，在電腦儲存媒體上編碼以供資料處理設備執行或控制該設備之操作之電腦程式指令之一或多個模組。
儘管本說明書含有諸多特定實施方案細節，但此等不應被解釋為對任何特徵或可主張之內容之範疇之限制，而應被解釋為對特定於特定實施例之特徵之描述。在本說明書中在單獨實施例之背景內容中所描述之某些特徵亦可在一單一實施例中組合實施。相反地，在一單一實施例之內容背景下描述之各種特徵亦可以單獨地或者以任何合適之子組合在多個實施例中實施。再者，儘管上文可將特徵描述為以特定組合起作用且甚至最初如此主張，但在一些情況中，來自所主張組合之一或多個特徵可自組合剔除，且所主張組合可係關於一子組合或一子組合之變動。
因此，已描述標的物之特定實施例。其他實施例在下列發明申請專利範圍之範疇內。在一些情況中，在發明申請專利範圍中敘述之動作可以一不同順序執行且仍達成所要結果。另外，在附圖中描繪之程序不必要求所展示之特定順序或連續順序來達成所要結果。在特定實施方案中，多工處理及平行處理可為有利的。
100:設備 110:電路板 111:核心電源軌道 112:電源 113a:電源軌道 113b:電源軌道 113n:電源軌道 114a:電源 114b:電源 114n:電源 120:封裝基板 130:中介層 131:電源連接器 132a:開關 132b:開關 132n:開關 133a:電源連接器 133b:電源連接器 133n:電源連接器 134:開關控制電路 135a:電源連接器 135b:電源連接器 135n:電源連接器 136a:切換信號 136b:切換信號 136n:切換信號 137:電源連接器 140:ASIC 142a:電源輸入 142b:電源輸入 142n:電源輸入 144:定序器電路控制器 145:控制輸入信號 146a:電源連接器 146b:電源連接器 146n:電源連接器 147:電源連接器 200:電路配置 202:控制輸入信號 204:控制邏輯 205:輸出信號 206:延遲電路 210:電荷泵 300:設備 310:電路板 316:板載控制器 317:控制輸入信號
圖1係一矽中介層中之一實例整合式電源定序電路之一方塊圖。
圖2係一主動式矽中介層之一實例電路配置。
圖3係一矽中介層中之另一實例整合式電源定序電路之一方塊圖。
在各種圖式中之類似元件符號及命名指示類似元件。
100:設備
110:電路板
111:核心電源軌道
112:電源
113a:電源軌道
113b:電源軌道
113n:電源軌道
114a:電源
114b:電源
114n:電源
120:封裝基板
130:中介層
131:電源連接器
132a:開關
132b:開關
132n:開關
133a:電源連接器
133b:電源連接器
133n:電源連接器
134:開關控制電路
135a:電源連接器
135b:電源連接器
135n:電源連接器
136a:切換信號
136b:切換信號
136n:切換信號
137:電源連接器
140:ASIC
142a:電源輸入
142b:電源輸入
142n:電源輸入
144:定序器電路控制器
145:控制輸入信號
146a:電源連接器
146b:電源連接器
146n:電源連接器
147:電源連接器

Claims (6)

  1. 一種設備，其包括： 一中介層，其具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面； 第一電源連接器，其等安置於該第一表面上且自一或多個電源接收各自電源輸入； 第二電源連接器，其等安置於該第二表面上且在一積體電路安裝於該中介層之該第二表面上時接納該積體電路之一各自第三電源連接器； 複數個開關，其等形成於該中介層內，其中各開關具有連接至該等第一電源連接器之一者之一第一端子、連接至該等第二電源連接器之一者之一第二端子及接收一切換信號之一開關控制輸入，其中當該切換信號處於一第一狀態中時，該開關處於一閉合位置中以將該第一端子電連接至該第二端子，且當該切換信號處於一第二狀態中時，該開關處於一斷開位置中以將該第一端子與該第二端子電隔離； 控制電路，其包含於該積體電路或一電路板之一者中，該中介層藉由該第一表面而安裝於該積體電路或該電路板之一者上，該控制電路包含： 一控制輸入，其接收一控制輸入信號； 複數個控制輸出，各控制輸出連接至一開關控制輸入；及 控制邏輯，其耦合至該控制輸入及該複數個控制輸出，且基於施加至該控制輸入之該控制輸入信號之一特定狀態，在該等控制輸出上產生一對應切換信號組以控制該複數個開關；及 一定序器電路，其耦合至該控制電路之該控制輸入且產生該控制輸入信號，其中該定序器電路產生針對該控制輸入信號之複數個不同值，其中該控制輸入信號之各值使該控制電路之該控制邏輯產生一對應切換信號組，且根據一預定義序列產生針對該控制輸入信號之該複數個不同值，以根據通電序列將電力提供至該積體電路。
  2. 如請求項1之設備，其中： 該定序器電路被包含於該積體電路中；及 該中介層包含一核心軌道連接，該核心軌道連接不受一開關控制且將電力提供至該積體電路之一核心軌道，且其中該定序器電路藉由該核心軌道供電。
  3. 如請求項1之設備，其中 該定序器電路被包含於該電路板上，該中介層藉由該第一表面安裝於該電路板上；及 該定序器電路連接至該電路板中之一電源軌道。
  4. 如請求項1之設備，其進一步包括： 一電路板；及 一封裝層，其具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面，其中該封裝層之該第一表面安裝至該電路板，且該封裝層之該第二表面安裝至該中介層之該第一表面。
  5. 如請求項1之設備，其進一步包括一電荷泵電路，該電荷泵電路使針對一特定開關之一切換信號之一輸入電壓升壓且將該切換信號之該經升壓輸入電壓提供至該特定開關之一開關控制輸入。
  6. 如請求項1之設備，其中該等開關係MOSFET。
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