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三维多核片上系统的体系结构和设计研究
  • 项目名称:三维多核片上系统的体系结构和设计研究
  • 项目类别:海外及港澳学者合作研究基金
  • 批准号:61028006
  • 申请代码:F0203
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2011-01-01-2012-12-31
  • 项目负责人:谢源
  • 负责人职称:教授
  • 依托单位:清华大学
  • 批准年度:2010
中文摘要:

在计算机体系结构,电子系统设计自动化,嵌入式系统,低功耗电路与系统,新型存储技术及应用等方面取得了多项开创性成果,尤其在三维集成电路设计,EDA,体系结构上有突出的贡献,为该领域世界著名专家。在著名的国际期刊和著名的国际学术会议(包括三大计算机体系结构大会和四大EDA会议)共发表近130篇论文。出版英文专著1本(第一本关于三维集成电路设计和体系结构的书)。2006年获得美国国家自然科学基金会Faculty Career Award,2006年入选中国教育部春晖计划,2008年获得IBM Faculty Award,2009年入选中国国家自然科学基金会的"龙星计划",2010年成为ACM Distinguished Speaker。担任5个IEEE/ACM/IET国际期刊的Associate Editor,10多个国际会议的程序委员会委员,以及两个大会的程序委员会主席。

结论摘要:

作为继续遵循“摩尔定律”的有效方法之一,三维集成电路(3D IC)通过多层的堆叠和垂直互连(例如TSV)不仅能够有效的缩减片上互连线长度、增加单位面积的片上集成度,而且可以低成本的实现不同工艺的异构集成。相比与传统2D 芯片设计方式,新的设计维度增加了芯片设计空间的复杂度,面临着如下关键问题1)需要基于应用的新体系结构级设计空间探索和评估方法;2)缺乏支撑三维集成设计的EDA环境及设计方法;3)需要解决三维堆叠下芯片面临的诸多可靠性问题,例如热、应力等;4)缺乏针对三维集成芯片的可测性设计和测试方法。针对以上分析,本项目旨在开展的相应研究包括3D MPSoC的体系结构评估和设计; 基于现有的2D的设计流程,设计一套实用的3D MPSoC设计流程,解决三维芯片中的支持系统(时钟和电源问题)和可测性问题;研究基于应用的3D MPSoC设计方法。 首先,为了探索3D MPSoC的新型体系结构和设计方法,本项目从三维堆叠的通信和存储架构方面展开深入研究,分别研究了在现有多核处理器平台上堆叠常规存储器(DRAM等)和非易失性存储器(STT-RAM、RRAM等)的新型结构和设计方法,其中我们提出的基于RRAM的交叉点结构已得到学术和工业界广泛认可和采用(两年间已经被引用15次)。其次,本项目还从完善现有3D MPSoC设计流程着手,结合考虑3D MPSoC面临的热、老化、可测性等关键问题,开发了用于快速仿真(被引用5次)、时钟树综合、自动布局布图(被引用5次)等EDA工具,对三维集成电路的广泛推广具有重要作用。另外,本项目还针对无线传感器节点应用验证了三维集成电路的高集成密度、小体积和异构集成等特点。我们首次提出了三维片上混合电源系统结构和电源管理算法,能延长无线传感器节点2-4倍的使用寿命。针对无线传感器节点芯片的关键组成部分——模数转换器(ADC), 我们设计了一种更加节能的两层堆叠三维ADC芯片,相比传统2D设计节省25%的功耗,并提出了三维数模混合芯片的低成本、有效的设计方法和仿真方法。 两年间完成了原计划的研究内容,基于在三维集成电路新型体系结构探索、三维集成电路设计EDA支撑工具开发、三维集成电路可靠性及可测性设计等诸多方面的深入研究成果,充分得到了学术和工业界的认可,为三维集成电路的应用推广起到重要作用。


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
  • 获奖
  • 著作
  • 32
  • 64
  • 0
  • 0
  • 0
期刊论文
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