JPH1022449A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH1022449A
JPH1022449A JP17201296A JP17201296A JPH1022449A JP H1022449 A JPH1022449 A JP H1022449A JP 17201296 A JP17201296 A JP 17201296A JP 17201296 A JP17201296 A JP 17201296A JP H1022449 A JPH1022449 A JP H1022449A
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JP
Japan
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chip
semiconductor device
interconnection network
crossbar
interconnecting network
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JP17201296A
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Inventor
Tadaaki Mimura
忠昭 三村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1022449A publication Critical patent/JPH1022449A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

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  • Microcomputers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のプロセッサコアと、プロセッサコア間
を相互接続するための結合網、特にクロスバ型等の密結
合網を集積した1チップ半導体装置が開発されている
が、その構成上ハードウエア規模が大きくなるため、チ
ップサイズの拡大してしまうという課題がある。また複
雑な相互配線を行うため、チップサイズ縮小には多層配
線プロセスを用いる必要があり歩留まりとの兼ね合いで
チップコストが下がらないという問題が発生する。 【解決手段】 これらの課題を解決するため、本発明で
は複数のマイクロプロセッサ、あるいはDSPが密結合
した、マルチプロセッサ構成のシステムにおいて、プロ
セッサ部12と相互結合網部14をそれぞれ別々の半導
体チップで形成し、COC(チップオンチップ)構造で
一体化を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のマイクロプ
ロセッサ、あるいはDSPを並列に動作させたマルチプ
ロセッサシステムに関するものであり、特に複数のプロ
セッサ間に相互結合網が形成されたシステムの構成方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年各種システム機器の高速化・高機能
化にともない、半導体素子単体の処理速度向上と合わ
せ、さまざまの並列処理技術の導入により、システムの
トータル性能を上げるアプローチがさかんに行われてい
る。これは、例えば画像データの圧縮/伸長といった、
複雑で高速性を要求される処理を、複数のプロセッサ・
エレメント(PE)に分散させ、標準的な処理性能を持
つプロセッサを並列動作させることにより、トータルで
の処理速度を向上させるといったものである。
【0003】そこで以下では、従来のマルチプロセッサ
構成について図面を参照しながら説明する。図5は、一
般的な密結合型の相互結合網の形態を示したものであ
り、マルチプロセッサ構成のシステムを示すブロック図
である。図5において、31はプロセッサエレメントP
E、32は相互結合網、33はPEの制御部であり、相
互結合網32には、クロスバ型、メッシュ型、ハイパキ
ューブ型などの他、ADENA型(ハイパークロス型)
などが挙げられる。
【0004】次に図6に上記の図5に示した4つのPE
間のクロスバ型相互結合網のブロック図を示す。図6に
おいて、34はクロスバスイッチ、35はクロスバ配線
を示している。4つのPE31が、図6に示すように相
互にクロスする形で接続され、各接続ポイントにクロス
バスイッチ34が設けられている。図中の点線で囲んだ
部分が相互結合網を示す。クロスバ配線35は、データ
転送のバンド幅と信号伝送の周波数によりその配線本数
が決まる。例えば8、16、32、64とそのビット数
を広げることでデータ転送レートは向上するが、それに
伴い、一般的には実装コスト上昇や、実装規模拡大を招
く。
【0005】以下図6のクロスバ型PE構成のハードウ
エアインプリメントの例について説明する。図7は、最
もオーソドックスな形態の個別要素チップでの構成を示
すものであり、従来のクロスバ型相互結合網を持つ半導
体装置の平面図である。
【0006】図7において、36は、パッケージされた
PE、37はパッケージされたクロスバスイッチ、38
は回路基板内に形成された相互結合網配線、39は回路
基板である。この場合各チップは個別にパッケージされ
て回路基板に実装することによりシステムが構成されて
いる。上記の図7に示す半導体装置は、一般的なQFP
パッケージの例を示したものである。
【0007】一方上記の図7に示したQFPハッケージ
とは逆に、すべての構成要素を1チップLSI内に形成
した例を図8に示す。図8は、従来のクロスバ型相互結
合網を持つ半導体装置を示す平面図のチップ内の機能ブ
ロックレイアウトを示したものである。図8において、
40はPEブロック、41はクロスバスイッチを含む相
互結合網のブロック、42はチップ周辺に配置された電
極パッド、43は半導体チップを示している。この例で
は、1チップにPEやクロスバスイッチ、相互接続配線
などの構成要素を全て集積している。例えば0.35μ
mなどの最先端の微細化プロセス、3、4層以上の多層
配線技術により複数のPEの密結合ネットワークが1チ
ップで実現できる。具体的には、4つのフローティング
演算DSPコアをクロスバ結合した構成となっているも
のが存在する。このチップにはさらに並列処理制御用と
して、RISCプロセッサコアも搭載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
7に示した従来の構成では、各チップを個別にパッケー
ジし回路基板へ搭載した構成であるため、各LSIチッ
プ間の信号伝送遅延が生じ、例えば60MHz以上の動
作速度になると、信号反射やノイズ、クロストークとい
った問題が生じてくる。
【0009】また、図8の例では、すべての要素を1チ
ップに集積しているため、図7の例と比較し物理的サイ
ズでは有利となる。また1チップ内で形成されるため、
より高速動作は可能である。しかしながら、集積する回
路規模が大きくなるため、より微細な製造プロセスを用
いたとしても、チップサイズの拡大となる。例えば前述
の4つのフローティング演算DSPコアをクロスバ結合
した半導体装置では18mm角と非常に大きなものとな
っている。これはクロスバ結合網の形成にかなりのエリ
アを占めているためである。
【0010】チップサイズの拡大はすなわちチップコス
トの上昇になり、実アプリケーションへの適用に当たっ
ては大きな課題となる。また、相互結合網を汎用ロジッ
クと1チップ化するための設計ツールを用意する必要も
生じる。
【0011】さらにアプリケーションによって、PE間
の相互結合網の形態を変える必要が生じた場合、その都
度LSI化を行う必要があり、開発工数・開発期間を要
することとなる。
【0012】そこで本発明は、システムコストを最小化
すること、相互結合網内の配線設計の自由度を高めるこ
とにより、信号伝送特性を向上させ、プロセッサ間デー
タ転送の効率を上げること、及び、設計自由度や設計効
率を向上することの可能な半導体装置を提供することを
目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の半導体装置は、複数の半導体チップの能動
面同士が向かい合う形で半導体チップの電極パッド同士
が電気的に接続された構造において、対向する半導体チ
ップのうち、一方が複数のマイクロプロセッサ、あるい
はマイクロプロセッサ間でのデータ転送を制御するため
のコントローラLSIであり、他方がマイクロプロセッ
サ間のデータ転送ネットワークを実現するための相互結
合網が形成されているチップであるように構成されてい
る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る半導体装置について図面を参照しながら説明する。本
実施の形態では、前述の4PEクロスバ型ネットワーク
を例に説明することとする。
【0015】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態における半導体装置の断面図を示したものであ
る。図1において、11はPEチップ、12はPEブロ
ック、13は相互結合網形成チップ、14は相互結合網
形成領域、15はクロスバスイッチ回路、16は上面P
Eチップのエリア電極パッド、17はバンプ、18は下
面相互結合網形成チップのエリア電極パッド、19は下
面チップの周辺電極パッドを示したものである。図1に
示したように、本実施の形態における半導体装置は、上
面チップと下面チップが能動面同士が向かい合わせに対
向して張り合わされた構造となっている。これをCOC
(チップオンチップ)構造と呼ぶ。本実施の形態では、
上面にPEチップ11を、下面に相互結合網形成チップ
13を配置している。チップ間の接合は、上面チップ、
下面チップ内に形成されたエリア電極パッド16、18
の間をバンプ17で接続している。上記のバンプを用い
た接合は、例えばMBB(マイクロバンプボンディン
グ)技術を用いることで可能であり、その際30μmピ
ッチ以下の微細接続が可能である。
【0016】図2は、上記の図1に示したこのCOC構
造の半導体装置を上から見た平面図を示したものであ
る。図2中下面チップ13内に形成された相互結合網1
4の上に4つのPEチップ11が配置され電気的に接続
されている。
【0017】相互結合網14の中には、PE間でのデー
タ転送を制御するためのコントローラとしての4つのク
ロスバスイッチ15と、これらクロスバスイッチ間の相
互配線、および上面のPEチップ11と接続を行うため
のエリア電極パッド18が形成されている。図3は、上
面PEチップ11を搭載していない状態の下面チップ1
3を示した平面図である。上面PEチップ11のエリア
電極パッド16に対応した位置に電極パッド18が形成
されている。この構成は、ちょうど図6の点線で囲まれ
た部分を切り出して、下面チップ内に形成したものであ
る。すなわち、PEと相互結合網を別々のチップで作
り、COC接合技術により一体化するのもである。
【0018】これにより、構成要素である、マイクロプ
ロセッサ、DSPなどからなるPEを個別チップとして
できるだけ小型に作り込むことが可能になる。また、最
新プロセスにより性能を重視した設計が可能で、設計の
自由度を向上させることができる。例えば、上面チップ
を最新の0.35μmプロセスで作り、下面相互結合網
形成チップを古い世代の、例えば0.5や0.8μmプ
ロセスでつくることで、半導体装置のトータルコストを
低減させることが可能である。
【0019】また、PEチップは標準的な仕様で形成
し、システムの要求に応じて、相互結合網の形態を変え
ることも可能である。すなわち、下面チップのみの変更
で、前述のクロスバ結合以外に、メッシュ型やハイパー
キューブ型などのネットワーク構成をとることができ
る。その際、1チップ化プロセスと異なり、相互結合網
チップのみの変更で対応できるため、大幅な設計開発期
間の短縮、開発コストの低減が可能である。
【0020】(実施の形態2)以下では、本発明の別の
実施の形態における半導体装置について説明する。図4
は、本実施の形態における半導体装置の断面図を示した
ものである。
【0021】図4に示す実施の形態では、上面の1つの
チップ内に複数個のPEブロック12を形成している。
上記の図1に示した実施の形態における半導体装置との
違いは、1チップあたりのPE数であるが、これは回路
規模と集積度(プロセス)により、最適な構成をとるこ
とができる。
【0022】なお、上記実施の形態における相互結合網
の中のクロスバスイッチを別チップとして、作りCOC
構造の上面に設けることも可能である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置は、複数のマイクロプロセッサ、あるいはDSPが密
結合した、マルチプロセッサ構成のシステムにおいて、
プロセッサ部と相互結合網部をそれぞれ別々の半導体チ
ップで形成し、COC構造で一体化するものである。こ
のため、プロセッサ部と相互結合網に対しそれぞれ最適
なプロセスを適用させることが可能であり、システムコ
ストを最小化することができる。
【0024】また、相互結合網内の配線設計の自由度を
高めることができるため、配線幅、配線厚みの最適化に
より、信号伝送特性を向上させ、プロセッサ間データ転
送の効率を上げることができる。さらに、プロセッサ部
を共通に利用し、相互結合網のみの変更でシステム構築
が可能である、など設計自由度、設計効率が向上し、ト
ータルシステムのコストパフォーマンスを上げることが
できるといった、非常に大きな効果を生むことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における半導体装置の断面
【図2】本発明の実施の形態における半導体装置の平面
【図3】本発明の実施の形態における半導体装置の平面
【図4】本発明の実施の形態における半導体装置の断面
【図5】マルチプロセッサ構成のシステムを示すブロッ
ク図
【図6】クロスバ型相互結合網を示すブロック図
【図7】従来のクロスバ型相互結合網を持つ半導体装置
を示す平面図
【図8】従来のクロスバ型相互結合網を持つ半導体装置
を示す平面図
【符号の説明】
11 PEチップ 12 PEブロック 13 相互結合網形成チップ 14 相互結合網形成領域 15 クロスバスイッチ回路 16 上面チップエリア電極パッド 17 バンプ 18 下面チップエリア電極パッド 19 下面チップ周辺パッド 31 プロセッサエレメント(PE) 32 相互結合網 33 PE制御部 34 クロスバスイッチ(論理上) 35 クロスバ配線 36 PEパッケージ部品 37 クロスバスイッチパッケージ品 38 相互結合網配線 39 回路基板 40 チップ内PEブロック 41 相互結合網ブロック 42 周辺電極パッド 43 マルチプロセッサ半導体チップ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の半導体チップを互いの能動面同士が
    向かい合う状態で、かつ前記複数の半導体チップの電極
    パッド同士を電気的に接続した構造を有する半導体装置
    であって、一方の半導体チップがマイクロプロセッサを
    有する半導体チップであり、前記マイクロプロセッサを
    有する半導体チップと対向する他方の半導体チップが前
    記マイクロプロセッサ間のデータ転送ネットワークを行
    う相互結合網を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】マイクロプロセッサを有する半導体チップ
    が前記マイクロプロセッサ間でのデータ転送を制御する
    ためのコントローラを有することを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】マイクロプロセッサ間のデータ転送ネット
    ワークを行う相互結合網を有する半導体チップが前記マ
    イクロプロセッサ間でのデータ転送を制御するためのコ
    ントローラを有することを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置。
JP17201296A 1996-07-02 1996-07-02 半導体装置 Pending JPH1022449A (ja)

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