scholarly journals System-on-chip testing

2019 ◽  
Author(s):  
Παναγιώτης Γεωργίου
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Three Dimensional ◽  
Rectangle Packing ◽  
3D Ics ◽  
Systems On Chip ◽  
Self Test ◽  
Chip Testing ◽  
On Chip ◽  
Silicon Vias ◽  
Access Mechanisms

Διανύουμε ήδη την εποχή του "Ίντερνετ των Πραγμάτων". Οι κοινές συσκευές που χρησιμοποιούμε καθημερινά, συνδέονται μεταξύ τους και γίνονται "εξυπνότερες" με ραγδαίους ρυθμούς. Σε κάθε τέτοια συσκευή βρίσκεται ένα Σύστημα σε Ολοκληρωμένο (Systems-On-Chip ή SoC). Το SoC εξελίσσεται συνεχώς, για να ικανοποιηθούν οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις της νέας εποχής. Τα τρι-διάστατα ολοκληρωμένα κυκλώματα (three-dimensional integrated circuits - 3D-ICs) είναι μια υποσχόμενη λύση για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις τις νέας εποχής και φαίνεται να εξασφαλίζουν τη συνέχιση του Νόμου του Moore στο άμεσο μέλλον. Τα 3D-ICs πετυχαίνουν υψηλότερη πυκνότητα πυλών και καλύτερη απόδοση από τα συμβατικά SoC και μειώνουν το κόστος διασύνδεσης και κατανάλωσης. Πρόσφατα, οι κατασκευαστικές εταιρείες ολοκληρωμένων συστημάτων κυκλοφόρησαν προϊόντα βασισμένα σε 3D-ICs. Η έρευνα αυτή εστιάζει στην ανάπτυξη νέων αρχιτεκτονικών μηχανισμού πρόσβασης ελέγχου (Test Access Mechanisms - TAMs) και νέων μεθόδων χρονοπρογραμματισμού ελέγχου ορθής λειτουργίας για 3D-SoCs, οι οποίες εκμεταλλεύονται την υψηλή ταχύτητα που προσφέρουν οι ειδικές κάθετες διασυνδέσεις μέσω-πυριτίου (Through Silicon Vias - TSVs), ενώ η κατανάλωση ισχύος και η θερμότητα πρέπει να διατηρηθούν κάτω από ορισμένα επίπεδα. Εισάγουμε μία νέα αρχιτεκτονική TAM για 3D SoCs, η οποία ελαχιστοποιεί το χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας, το πλήθος των TSVs και τις γραμμές της αρχιτεκτονικής TAM που χρησιμοποιούνται για να μεταφερθούν τα δεδομένα ελέγχου. Ο χρονοπρογραμματισμός του ελέγχου ορθής λειτουργίας υπολογίζεται από μία αποδοτική μέθοδο χρονικής πολυπλεξίας και μία πολύ αποδοτική μέθοδο βελτιστοποίησης που βασίζεται στους αλγορίθμους rectangle-packing και simulated-annealing. Πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν έως και 9.6 φορές εξοικονόμηση στο χρόνο ελέγχου με την προτεινόμενη μέθοδο, ειδικά κάτω από αυστηρά όρια για την κατανάλωση ισχύος και τη θερμότητα. Η προηγούμενη μέθοδος είναι συμβατή μόνο με TAMs που βασίζονται σε αρτηρίες (buses), οι οποίες απαιτούν διασυνδέσεις μεγάλου μήκους και πολλά buffers σε κάθε επίπεδο του 3D-IC, επομένως δεν καταφέρνουν να εκμεταλλευτούν πλήρως τις υψηλές συχνότητες των TSVs. Προτείνουμε μία νέα αρχιτεκτονική TAM βασισμένη στη χρονική πολυπλεξία, που χρησιμοποιεί σειριακές αλυσίδες (daisy-chains) για να ξεπεράσουμε τους περιορισμούς της προηγούμενης μεθόδου. Η μέθοδος αυτή προσφέρει μεγαλύτερα κέρδη όσον αφορά το χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας και το κόστος διασύνδεσης. Η έρευνα αυτή εστιάζει στη βελτίωση ανίχνευσης σφαλμάτων συσκευών βασιζόμενων σε επεξεργαστή. Οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις της αγοράς για υψηλότερη υπολογιστική απόδοση σε μικρότερο κόστος και χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος, οδηγεί τους κατασκευαστές στην ανάπτυξη νέων μικροεπεξεργαστών, που εισάγουν νέες προκλήσεις στον έλεγχο συσκευών βασιζόμενων σε επεξεργαστή. Η ανάγκη ελέγχου των συσκευών αυτών κατά τη διάρκεια της κανονικής τους λειτουργίας, επιβάλλουν τη συμπληρωματική χρήση μεθόδων ελέγχου που δεν επηρεάζουν τη λειτουργία, όπως ο «αυτοέλεγχος βασισμένος σε λογισμικό» (Software-Based Self-Test - SBST). Οι περισσότερες τεχνικές SBST στοχεύουν μόνο το μοντέλο σφαλμάτων stuck-at, που δεν αρκεί για την ανίχνευση πολλών σφαλμάτων. Επίσης, οι τεχνικές SBST απαιτούν εκτενή ανθρώπινη ενασχόληση με μεγάλους χρόνους ανάπτυξης των προγραμμάτων ελέγχου. Επιπλέον, περιλαμβάνουν την κοστοβόρα, από άποψη υπολογιστική ισχύος, εξομοίωση σφαλμάτων SoCs με εκατομμύρια πύλες για εκατομμύρια κύκλους ρολογιού, χρησιμοποιώντας πολλαπλά μοντέλα σφαλμάτων και εξειδικευμένους λειτουργικούς εξομοιωτές. Εισάγουμε την πρώτη μέθοδο που δεν μεροληπτεί υπέρ κάποιου συγκεκριμένου μοντέλου σφαλμάτων. Η μέθοδος αυτή προσφέρει σύντομο χρόνο δημιουργίας προγραμμάτων ελέγχου, υπό αυστηρό περιορισμό στο χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας και στο μέγεθος των προγραμμάτων ελέγχου. Τα προγράμματα ελέγχου αξιολογούνται από μία νέα αποδοτική πιθανοτική μέθοδο SBST, εκμεταλλευόμενη την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή, καθώς και τη netlist του επεξεργαστή σε επίπεδο πυλών που έχει προκύψει από σύνθεση. Η προτεινόμενη μετρική που βασίζεται στα output deviations είναι πολύ γρήγορη καθώς δεν απαιτεί τη χρονοβόρα διαδικασία της εξομοίωσης σφαλμάτων και μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε μέθοδο που βασίζεται στην τεχνική SBST.

CC-RTSV: Cross-Cellular Based Redundant TSV Design for 3D ICs

2019 ◽  
Vol 29 (11) ◽  
pp. 2050144
Author(s):  
Tianming Ni ◽  
Yue Shu ◽  
Hao Chang ◽  
Lin Lu ◽  
Guangzhen Dai ◽  
...  
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Three Dimensional ◽  
Cost Effective ◽  
Bonding Process ◽  
High Yield ◽  
Repair Rate ◽  
3D Ics ◽  
Simulation Results ◽  
Silicon Vias

Due to the winding level of the thinned wafers and the surface roughness of silicon dies, the quality of through-silicon vias (TSVs) varies during the fabrication and bonding process. If one TSV exhibits a defect during its manufacturing process, the probability of multiple defects occurring in the TSVs neighboring increases the faulty TSVs (FTSV), i.e., the TSV defects tend to be clustered which significantly reduces the yield of three-dimensional integrated circuits (3D-ICs). To resolve the clustered TSV faults, router-based and ring-based redundant TSV (RTSV) architecture were proposed. However, the repair rate is low and the hardware overhead is high. In this paper, we propose a novel cross-cellular based RTSV architecture to utilize the area more efficiently as well as to maintain high yield. The simulation results show that the proposed architecture has higher repair rate as well as more cost-effective overhead, compared with router-based and ring-based methods.

Electrical Interconnect and Microfluidic Cooling Within 3D ICs and Silicon Interposer

2014 ◽  
Author(s):  
Hanju Oh ◽  
Yue Zhang ◽  
Li Zheng ◽  
Muhannad S. Bakir
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Thermal Gradient ◽  
Heat Dissipation ◽  
Three Dimensional ◽  
Heat Removal ◽  
3D Ic ◽  
Significant Challenge ◽  
3D Ics ◽  
Silicon Vias ◽  
First Time

Heat dissipation is a significant challenge for three-dimensional integrated circuits (3D IC) due to the lack of heat removal paths and increased power density. In this paper, a 3D IC system with an embedded microfluidic cooling heat sink (MFHS) is presented. In the proposed 3D IC system, high power tiers contain embedded MFHS and high-aspect ratio (23:1) through-silicon-vias (TSVs) routed through the integrated MFHS. In addition, each tier has dedicated solder-based microfluidic chip I/Os. Microfluidic cooling experiments of staggered micropin-fins with embedded TSVs are presented for the first time. Moreover, the lateral thermal gradient across a chip is analyzed with segmented heaters.

scholarly journals High-Performance On-Chip Silicon Beamsplitter Based on Subwavelength Metamaterials for Enhanced Fabrication Tolerance

Nanomaterials ◽  
2021 ◽  
Vol 11 (5) ◽  
pp. 1304
Author(s):  
Raquel Fernández de Cabo ◽  
David González-Andrade ◽  
Pavel Cheben ◽  
Aitor V. Velasco
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Fundamental Mode ◽  
High Performance ◽  
Three Dimensional ◽  
High Sensitivity ◽  
Power Splitting ◽  
Excess Loss ◽  
Power Splitters ◽  
On Chip ◽  
Efficient Power

Efficient power splitting is a fundamental functionality in silicon photonic integrated circuits, but state-of-the-art power-division architectures are hampered by limited operational bandwidth, high sensitivity to fabrication errors or large footprints. In particular, traditional Y-junction power splitters suffer from fundamental mode losses due to limited fabrication resolution near the junction tip. In order to circumvent this limitation, we propose a new type of high-performance Y-junction power splitter that incorporates subwavelength metamaterials. Full three-dimensional simulations show a fundamental mode excess loss below 0.1 dB in an ultra-broad bandwidth of 300 nm (1400–1700 nm) when optimized for a fabrication resolution of 50 nm, and under 0.3 dB in a 350 nm extended bandwidth (1350–1700 nm) for a 100 nm resolution. Moreover, analysis of fabrication tolerances shows robust operation for the fundamental mode to etching errors up to ± 20 nm. A proof-of-concept device provides an initial validation of its operation principle, showing experimental excess losses lower than 0.2 dB in a 195 nm bandwidth for the best-case resolution scenario (i.e., 50 nm).

Development of Backside Buried Metal Layer Technology for 3D-ICs

2019 ◽  
Vol 2019 (1) ◽  
pp. 000268-000273
Author(s):  
Naoya Watanabe ◽  
Yuuki Araga ◽  
Haruo Shimamoto ◽  
Katsuya Kikuchi ◽  
Makoto Nagata
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Metal Layer ◽  
Three Dimensional ◽  
Chip Thickness ◽  
Power Delivery ◽  
Silicon Structure ◽  
Metal Insulator ◽  
3D Ics ◽  
Power Delivery Network ◽  
Global Power

Abstract In this study, we developed backside buried metal (BBM) layer technology for three-dimensional integrated circuits (3D-ICs). In this technology, a BBM layer for global power routing is introduced in the large vacant area on the backside of each chip and is parallelly connected with the frontside routing of the chip. The resistances of the power supply (VDD) and ground (VSS) lines consequently decrease. In addition, the BBM structure acts as a decoupling capacitor because it is buried in the Si substrate and has metal–insulator–silicon structure. Therefore, the impedance of power delivery network can be reduced by introducing the BBM layer. The fabrication process of the BBM layer for 3D-ICs was simple and compatible with the via-last through-silicon via (TSV) process. With this process, it was possible to fabricate the BBM layer consisting of electroplated Cu (thickness: approximately 10 μm) buried in the backside of the CMOS chip (thickness: 43 μm), which was connected with the frontside routing of the chip using 9 μm-diameter TSVs.

A Novel Scheme for Wide Bandwidth Chip-to-Chip Communications

2007 ◽  
Vol 4 (1) ◽  
pp. 1-7 ◽  
Author(s):  
Qing Liu ◽  
Patrick Fay ◽  
Gary H. Bernstein
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Coplanar Waveguide ◽  
Impedance Matching ◽  
Three Dimensional ◽  
Fabrication Process ◽  
Silicon Substrates ◽  
Electromagnetic Simulations ◽  
Communication Paradigm ◽  
On Chip ◽  
Test Chips

Quilt Packaging (QP), a novel chip-to-chip communication paradigm for system-in-package integration, is presented. By forming protruding metal nodules along the edges of the chips and interconnecting integrated circuits (ICs) through them, QP offers an approach to ameliorate the I/O speed bottleneck. A fabrication process that includes deep reactive ion etching, electroplating, and chemical-mechanical polishing is demonstrated. As a low-temperature process, it can be easily integrated into a standard IC fabrication process. Three-dimensional electromagnetic simulations of coplanar waveguide QP structures have been performed, and geometries intended to improve impedance matching at the interface between the on-chip interconnects and the chip-to-chip nodule structures were evaluated. Test chips with 100 μm wide nodules were fabricated on silicon substrates, and s-parameters of chip-to-chip interconnects were measured. The insertion loss of the chip-to-chip interconnects was as low as 0.2 dB at 40 GHz. Simulations of 20 μm wide QP structures suggest that the bandwidth of the inter-chip nodules is expected to be above 200 GHz.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document