TWI703434B

TWI703434B - 半導體裝置

Info

Publication number: TWI703434B
Application number: TW108100772A
Authority: TW
Inventors: 吳敬杰; 陳世豪; 謝文斌; 楊智文
Original assignee: 崛智科技有限公司
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-09-01
Also published as: US11016554B2; TW202026808A; US20200218332A1

Abstract

半導體裝置包括多個晶片以及第一旁路開關。多個晶片相互串聯耦接於電源端以及參考接地端間。第一旁路開關串接在上述晶片的其中之一的第一晶片的第一端以及第二端間，其中第一晶片的第一端耦接至電源端，第一晶片的第二端耦接至參考接地端。第一旁路開關在第一晶片的工作效率小於臨界值被判定為損壞時，依據第一控制信號而被導通。

Description

半導體裝置

本發明是有關於一種半導體裝置，且特別是有關於一種可提升電能使用效率的半導體裝置。

在習知技術領域中，半導體裝置中可包括多個串接的晶片，並透過使晶片串接在電源端以及接地端中以接收電源電壓來進行運算工作。在實際的使用上，串接的晶片中，其中的一個或多個晶片，可能因為各種原因而發送損壞，並導致工作效能降低的現象。在習知技術的架構中，當其中一晶片發生損壞狀態時，電源電壓仍持續被提供至損壞的晶片中。因損壞的晶片無法提供預期的工作效能，因此，所提供的電能無法獲得預期的功效，形同產生電能的浪費。

本發明提供一種半導體裝置，可有效提升電能的使用效率。

本發明的半導體裝置包括多個晶片以及第一旁路開關。多個晶片相互串聯耦接於電源端以及參考接地端間。第一旁路開關串接在上述晶片的其中之一的第一晶片的第一端以及第二端間，其中第一晶片的第一端耦接至電源端，第一晶片的第二端耦接至參考接地端。其中第一旁路開關在第一晶片被判定為損壞時依據第一控制信號而被導通。

在本發明的一實施例中，上述的第一旁路開關內嵌於第一晶片中。

在本發明的一實施例中，上述的第一旁路開關外接於第一晶片之外。

在本發明的一實施例中，當上述的第一旁路開關導通時，對應的第一晶片停止工作。

在本發明的一實施例中，半導體裝置更包括控制器。控制器耦接第一晶片以及第一旁路開關，用以判斷該第一晶片的工作效率是否小於一臨界值以判定第一晶片是否為損壞，並產生第一控制信號。

在本發明的一實施例中，上述的控制器傳送多個測試指令至第一晶片，並接收第一晶片產生的多個回覆資訊。控制器依據回覆資訊的正確率是否大於臨界值以判斷第一晶片是否為損壞。

在本發明的一實施例中，半導體裝置更包括至少一第二旁路開關。第二旁路開關耦接在晶片中的至少一第二晶片的第一端以及第二端間，其中第二晶片的第一端耦接至電源端，第二晶片的第二端耦接至參考接地端。其中第二旁路開關在第二晶片被判定為損壞時一第二控制信號而被導通。

在本發明的一實施例中，上述的至少一第二旁路開關內嵌於至少一第二晶片中，或外掛於至少一第二晶片外。

在本發明的一實施例中，上述的第一晶片包括N個核心電路以及N個電源開關。N個電源開關分別耦接在核心電路的電源端以及第一晶片的第一端間。電源開關分別受控於多個控制第三信號以導通或斷開。其中N為正整數。

在本發明的一實施例中，上述的各核心電路損壞時，對應的各電源開關被斷開。

在本發明的一實施例中，上述的各電源開關為電晶體開關。

在本發明的一實施例中，上述的第一晶片更包括N個時脈開關。時脈開關分別耦接在核心電路分別接收多個時脈信號的端點間，時脈開關分別受控於第三信號以導通或斷開。

在本發明的一實施例中，上述的第一晶片包括N個核心電路以及M個電源開關。電源開關分別耦接在部分核心電路的電源端以及第一晶片的第一端間，電源開關分別受控於多個第三信號以導通或斷開。其中N、M為正整數，且N大於M。

基於上述，本發明提供旁路開關以設置在晶片的第一端以及第二端間。其中，晶片的第一端以及第二端分別用以耦接至電源端以及參考接地端。並且，在當晶片因工作效率不佳而判定為損壞時，可透過導通旁路開關以使損壞的晶片不接收電源電壓且停止工作。如此一來，損壞的晶片不會消耗電源電壓的電能，有效提升電能的使用效率。並且，透過停止損壞的晶片的操作，也可提升半導體裝置的工作正確度，提升整體的效能。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的半導體裝置的示意圖。半導體裝置100包括多個晶片111~11N以及旁路開關SW1。晶片111~11N相互串聯（cascade）耦接於電源端VDD以及參考接地端GND間。各晶片111~11N具有第一端E11、E21~EN1耦接至電源端VDD，並具有第二端E12、E22~EN2耦接至參考接地端GND。在本實施例中，旁路開關SW1耦接至晶片112的第一端E21以及第二端E22間。旁路開關SW1接收控制信號CTR1，並受控於控制信號CTR1以被導通或斷開。在本實施例中，旁路開關SW1內嵌在晶片112的內部，並跨接在晶片112中的核心電路1121的兩端。

在通常狀態下，旁路開關SW1為斷開，電源端VDD上的電源電壓可透過晶片111的第一端E11傳送至晶片111的內部。電源電壓再透過晶片的第二端E12傳送至晶片112的第一端E21，並透過晶片112的第一端E21傳送至晶片112內部的核心電路1121。依此類推，所有的晶片111~11N皆可接收到電源電壓以進行操作。

在本實施例中，在當晶片112被判定為損壞時，旁路開關SW1可依據控制信號CTR1而被導通。在此狀態下，晶片112的第一端E21以及第二端E22被短路，而電源電壓則透過被導通的旁路開關SW1而繞過晶片112以被提供至晶片113，如此一來，電源電壓可避免被提供至晶片112中的核心電路1121，而導致電能的浪費。

在上述的情況下，由於電源電壓未被提供至晶片112中，因此，判定被損壞的晶片112則停止工作。

關於晶片112是否被損壞的方式，可透過外部電子裝置（圖1未繪示）以針對晶片112的核心電路1121進行測試來完成。其中，外部電子裝置（例如控制器）可提供多個測試指令至晶片112的核心電路1121，並接收晶片112的核心電路1121依據測試指令產生的多個回覆資訊。控制器並依據回覆資訊的正確率是否大於一預設的臨界值，來藉以判斷晶片112是否為損壞。上述的測試指令可以是多個運算的要求，晶片112則可依據所接收到的多個運算要求分別產生多個回覆資訊。控制器則計算回覆資訊為正確者的個數（A），並使回覆資訊的總數（B）來除以回覆資訊為正確者的個數（A），以獲得正確率A/B。再透過比較正確率A/B以及預設的臨界值，以在當正確率大於臨界值時，發送控制信號CTR1以維持旁路開關SW1為斷開的狀態；相對的，在當正確率不大於臨界值時，控制器則發送控制信號CTR1以變更旁路開關SW1為導通的狀態。

由上述的說明可以得知，在當晶片112為低工作效率時，本發明實施例的半導體裝置100可透過判斷晶片112為損壞，並透過導通晶片112對應的旁路開關SW1，來使電源電壓不供應至晶片112中，以提升電能的使用效率。另外，在當晶片112不工作的前提下，半導體裝置100可提供正確更高的運算結果，有條提升其工作效能。

值得一提的，在本實施例中，旁路開關SW1設置在晶片112的第一端E21以及第二端E22間僅只是一個說明用的範例。在本發明實施例中，旁路開關SW1可以設置在串接的多個晶片111~11N中的任一的第一端與第二端間。並且，在本發明其他實施例中，半導體裝置100中可設置一個或一個以上的旁路開關，並透過多個旁路開關的導通或斷開的狀態，來調控多個晶片111~11N的電源電壓的接收狀態。以進一步提升電能的使用效率。

以下請參照圖2以及圖3，圖2及圖3分別繪示本發明不同實施例的半導體裝置的實施方式的示意圖。在圖2中，半導體裝置200包括多個相互串接的晶片211~21N以及旁路開關SW1~SW3。其中，旁路開關SW1耦接在晶片211的第一端E11以及第二端E12間；旁路開關SW2耦接在晶片212的第一端E21以及第二端E22間；旁路開關SW3則耦接在晶片213的第一端E31以及第二端E32間。旁路開關SW1~SW3分別受控於控制信號CTR1~CTR3，並分別依據控制信號CTR1~CTR3以被導通或斷開。旁路開關SW1~SW3分別內嵌在晶片211~213的內部。

舉例來說明，在正常狀態下，當所有晶片211~21N都維持足夠高的工作效率時，旁路開關SW1~SW3皆為斷開的狀態。在當晶片211的工作效率降低，而被判斷為損壞時，旁路開關SW1可依據控制信號CTR1被導通，並使電源電壓透過旁路開關SW1繞過晶片211且不提供至晶片211中。

依據上述的說明可知，若當晶片212被判斷為損壞時，對應的旁路開關SW2可被導通，而若當晶片213被判斷為損壞時，對應的旁路開關SW3則可被導通。在本實施例中，旁路開關SW1~SW3彼此間的導通或斷開狀態是相互獨立的，其中，旁路開關SW1~SW3可以皆為斷開、部分導通或皆為導通。並且，控制信號CTR1~CTR3可以皆相同或部分相同。

值得注意的，本實施例僅有部分晶片（例如晶片211~213）有設置對應的旁路開關（例如旁路開關SW1~SW3）。並非所有的晶片都需要設置對應的旁路開關。

在圖3中，半導體裝置300包括晶片311~314以及旁路開關SW1~SW4。晶片311~314分別對應旁路開關SW1~SW4，其中，旁路開關SW1耦接在晶片311的第一端E11與第二端E12間；旁路開關SW2耦接在晶片312的第一端E21與第二端E22間；旁路開關SW3耦接在晶片313的第一端與第二端E32間；以及，旁路開關SW4耦接在晶片314的第一端E41與第二端E42間。旁路開關SW1~SW4分別內嵌在晶片311~314的內部。

旁路開關SW1~SW4分別受控於控制信號CTR1~CTR4。控制信號CTR1~CTR4分別依據晶片311~314是否損壞來產生。其中，控制信號CTR1~CTR4在當分別對應的晶片311~314被判斷為損壞時，使分別對應的旁路開關SW1~SW4被導通。

在本實施例中，所有的晶片311~314皆設置有分別相對應的旁路開關SW1~SW4。

以下請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的半導體裝置的示意圖。半導體裝置400包括晶片411~414、旁路開關SW1以及控制器420。在本實施例中，控制器420用以針對晶片412的工作效進行監控，並透過傳送多個測試指令TIN至晶片412，並接收晶片412產生的多個回覆資訊TOUT。控制器420並依據回覆資訊TOUT的正確率是否大於臨界值以判斷晶片412是否為損壞。並依據晶片412是否為損壞以產生控制信號CTR1。

在當晶片412為損壞的條件下，控制器420可產生控制信號CTR1，並使旁路開關SW1被導通，相對的，在當晶片412非為損壞的條件下，控制器420可產生控制信號CTR1，並使旁路開關SW1被斷開。

在本發明其他實施例中，控制器420可針對多個晶片進行監控，以圖2的實施例為範例，控制器420可針對晶片211~213的工作效率進行監控，並藉以設定旁路開關SW1~SW3的導通及斷開狀態。以圖3的實施例為範例，控制器420則可針對所有的晶片311~314的工作效率進行監控，並藉以設定旁路開關SW1~SW4的導通及斷開狀態。

在本實施例中，控制器420可以為任意形式，具運算能力的處理器，或者控制器420可以為透過硬體描述語言（Hardware Description Language, HDL）或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）或是特殊應用積體電路（Application-specific Integrated Circuit, ASIC）的方式來實現的硬體電路，沒有特別的限制。

附帶一提的，在本發明其他實施例中，控制器420可以設置在晶片411~414的其中之一中。

以下請參照圖5，圖5繪示本發明實施例的積體電路的旁路開關的實施方式的示意圖。在圖5中，旁路開關SW1可以外掛在晶片500的外部，並耦接在晶片500用以耦接至電源端的第一端E51以及用以耦接至參考接地端的第二端E52間。旁路開關SW1受控於控制信號CTR1。在當晶片500被判定為損壞時，旁路開關SW1依據控制信號CTR1被導通，使第一端E51以及第二端E52被短路，並使電源電壓不被提供至晶片500中的電路元件，提升電能的使用效能。

以下請參照圖6，圖6繪示本發明實施例的積體電路裝置中的晶片的實施方式的示意圖。在圖6中，晶片600包括多個核心電路611~61M、多個電源開關SW611~SW61M以及多個閘控元件SW621~SW62M。電源開關SW611~SW61M分別耦接在核心電路611~61M與第一端E61間。在當晶片600被判定為損壞時，電源開關SW611~SW61M則依據所接收的控制信號被斷開，並切斷核心電路611~61M與電源端的耦接路徑，並確保核心電路611~61M中的電路元件產生漏電的可能性。閘控元件SW621~SW62M則分別耦接在核心電路611~61M分別接收多個時脈信號CLK的端點間。閘控元件SW621~SW62M依據所分別接收的多個控制信號，來決定是否遮罩（而不傳送）或傳送時脈信號CLK至對應的核心電路611~61M。值得注意的，當核心電路611~61M對應的電源開關SW611~SW61M被切斷時，其所對應的閘控元件SW621~SW62M同步進行遮罩，並禁止時脈信號CLK被傳送至對應的核心電路611~61M。

在本發明實施例中，閘控元件SW621~SW62M可以是任意形式的開關元件，或也可以是邏輯閘。例如，閘控元件SW621~SW62M可以分別為多個及閘，在分別接收的控制信號為邏輯0時，進行時脈信號CLK的遮罩動作，並在分別接收的控制信號為邏輯1時，進行時脈信號CLK的傳輸動作。當然，閘控元件SW621~SW62M也可以為其他形式的邏輯閘，或多個邏輯閘的組合，沒有特別的限制。

在本實施例中，透過遮罩時脈信號CLK，並禁止傳送時脈信號CLK至停止工作的核心電路611~61M的內部，可更有效的降低電能的虛耗，提升電能的使用效率。

以下請參照圖7，圖7繪示本發明實施例的積體電路裝置中的晶片的另一實施方式的示意圖。在圖7中，晶片700包括多個核心電路711~71M以及多個電晶體T1~TN。電晶體T1~TN用以分別形成多個電源開關。電晶體T1~TN共同耦接至晶片700的第一端E71，並分別耦接至核心電路711~71M。電晶體T1~TN的控制端分別接收控制信號CTR71~CTR7N，並分別依據控制信號CTR71~CTR7N以被導通或斷開。

在本實施例中，核心電路711~71M的數量大於電源開關（電晶體T1~TN）的數量。其中，部分的核心電路711~71N需分別透過電晶體T1~TN以耦接至晶片700的第一端E71，另一部分的核心電路71N+1~71M則可直接耦接至晶片700的第一端E71。

在另一方面，核心電路711~71N接收通過閘控元件（未繪示）控制的時脈信號CLK1~CLKN，核心電路71N+1~71M可接收未經閘控元件控制的時脈信號CLK。

綜上所述，本發明透過在串接的多個晶片中，設置一個或多個的旁路開關。並在晶片發送損壞時，透過導通對應的旁路開關，以避免電源電壓被傳送至損壞的晶片中，有效提升電能的使用效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400：半導體裝置 111~11N、211~21N、311~31N、411~414、500、600、700：晶片 420：控制器 611~61M：核心電路 1121、711~71M：核心電路 SW611~SW61M：電源開關 SW621~SW62M：閘控元件 SW1~SW4：旁路開關 CTR1~CTR4：控制信號 VDD：電源端 GND：參考接地端 E11、E21~EN1、E51、E61、E71：第一端 E12、E22~EN2、E52、E62、E72：第二端 TIN：測試指令 TOUT：回覆資訊 CLK、CLK1~CLKN：時脈信號

圖1繪示本發明一實施例的半導體裝置的示意圖。圖2及圖3分別繪示本發明不同實施例的半導體裝置的實施方式的示意圖。圖4繪示本發明另一實施例的半導體裝置的示意圖。圖5繪示本發明實施例的積體電路的旁路開關的實施方式的示意圖。圖6繪示本發明實施例的積體電路裝置中的晶片的實施方式的示意圖。圖7繪示本發明實施例的積體電路裝置中的晶片的另一實施方式的示意圖。

100：半導體裝置 111~11N：晶片 1121：核心電路 SW1：旁路開關 CTR1：控制信號 VDD：電源端 GND：參考接地端 E11、E21~EN1：第一端 E12、E22~EN2：第二端

Claims

一種半導體裝置，包括：多個晶片，相互串聯耦接於一電源端以及一參考接地端間；以及一第一旁路開關，串接在該些晶片的其中之一的一第一晶片的第一端以及第二端間，其中該第一晶片的第一端耦接至該電源端，該第一晶片的第二端耦接至該參考接地端，其中該第一旁路開關在該第一晶片的工作效率小於一臨界值而被判定為損壞時，依據一第一控制信號而被導通。
如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中該第一旁路開關內嵌於該第一晶片中。
如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中該第一旁路開關外接於該第一晶片之外。
如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中當該第一旁路開關導通時，對應的該第一晶片停止工作。
如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，更包括：一控制器，耦接該第一晶片以及該第一旁路開關，用以判斷該第一晶片的工作效率是否小於該臨界值以判定該第一晶片是否為損壞，並產生該第一控制信號。
如申請專利範圍第5項所述的半導體裝置，其中該控制器傳送多個測試指令至該第一晶片，並接收該第一晶片產生的多個回覆資訊，該控制器依據該些回覆資訊的正確率是否大於該臨界值以判斷該第一晶片是否為損壞。
如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，更包括：至少一第二旁路開關，耦接在該些晶片中的至少一第二晶片的第一端以及第二端間，其中該第二晶片的第一端耦接至該電源端，該第二晶片的第二端耦接至該參考接地端，其中該至少一第二旁路開關在該至少一第二晶片被判定為損壞時依據一第二控制信號而被導通。
如申請專利範圍第7項所述的半導體裝置，其中該至少一第二旁路開關內嵌於該至少一第二晶片中，或外掛於該至少一第二晶片外。
如申請專利範圍第7項所述的半導體裝置，其中該第一晶片包括：M個核心電路；以及M個電源開關，分別耦接在該些核心電路的電源端以及該第一晶片的第一端間，該些電源開關分別受控於多個第三控制信號以導通或斷開，其中M為正整數。
如申請專利範圍第9項所述的半導體裝置，其中各該核心電路損壞時，對應的各該電源開關被斷開。
如申請專利範圍第9項所述的半導體裝置，其中各該電源開關為電晶體開關。
如申請專利範圍第9項所述的半導體裝置，其中該第一晶片更包括：M個閘控元件，分別耦接在該些核心電路分別接收多個時脈信號的端點間，該些閘控元件分別受控於該些第三控制信號以決定是否傳送該些時脈信號至該些核心電路。
如申請專利範圍第7項所述的半導體裝置，其中該第一晶片包括：M個核心電路；以及N個電源開關，分別耦接在部分該些核心電路的電源端以及該第一晶片的第一端間，該些電源開關分別受控於多個第三控制信號以導通或斷開，其中N、M為正整數，且N小於M。