数据处理芯片及其制造方法、数据处理系统与流程

本公开涉及数据处理，尤其涉及一种数据处理芯片及其制造方法、数据处理系统。

背景技术：

1、随着科技的发展，越来越多的领域，例如人工智能、安全运算等领域都涉及大量的数据处理（即大数据处理）。大数据处理将会在处理器和存储器之间产生频繁且大量的数据交互，这就要求存储器具有更高的带宽，以满足算力需求。

2、然而，常规架构的设计中，内存的性能提升速度落后于处理器的性能提升速度，有限的内存带宽无法保证数据的高速传输，难以满足算力需求。

技术实现思路

1、本公开提供一种数据处理芯片及其制造方法、数据处理系统。

2、根据本公开的第一方面，提供一种数据处理芯片，包括：

3、第一晶粒，包括：运算器；

4、第二晶粒，与所述第一晶粒堆叠设置，包括：缓存器，所述缓存器通过键合与所述运算器耦接；其中，所述缓存器被配置为：在所述运算器与主机进行数据传输或在所述运算器与存储器进行数据传输时，对传输的所述数据进行缓存。

5、在一些实施例中，所述数据处理芯片还包括：

6、布线层，位于所述第一晶粒和所述第二晶粒之间的第三晶粒中；或者，位于第二晶粒中且位于所述第一晶粒和所述缓存器之间；

7、桥接电路，位于所述布线层中，所述桥接电路的第一端口通过第一接口协议与所述运算器耦接，所述桥接电路的第二端口通过第二接口协议与所述缓存器耦接；其中，所述第二接口协议和所述第一接口协议不同。

8、在一些实施例中，所述运算器包括：多个运算单元；所述缓存器包括：多个缓存单元；

9、所述数据处理芯片包括：

10、多个所述桥接电路，位于所述布线层中；其中，多个所述运算单元中的每个分别通过多个所述桥接电路中的每个与多个所述缓存单元耦接。

11、在一些实施例中，所述第一晶粒还包括：

12、处理器，通过键合与所述缓存器耦接；其中，所述缓存器还被配置为：在所述处理器与存储器进行数据传输时，对传输的所述数据进行缓存。

13、在一些实施例中，所述第二晶粒的正投影与所述第一晶粒的正投影重合。

14、在一些实施例中，所述缓存器的存储容量大于预设值；其中，所述预设值大于0兆且小于1千兆。

15、在一些实施例中，所述缓存器包括：动态随机存取存储器、闪存存储器、相变存储器或磁性隧道结存储器。

16、根据本公开的第二方面，提供一种数据处理芯片的制造方法，包括：

17、形成第一晶粒，所述第一晶粒包括运算器；

18、形成与所述第一晶粒堆叠设置的第二晶粒，所述第二晶粒包括缓存器，所述缓存器通过键合与所述运算器耦接；其中，所述缓存器被配置为：在所述运算器与主机进行数据传输或在所述运算器与存储器进行数据传输时，对传输的所述数据进行缓存。

19、在一些实施例中，所述制造方法还包括：

20、提供第一晶圆，所述第一晶圆包括多个所述第一晶粒；

21、提供第二晶圆，所述第二晶圆包括多个所述第二晶粒；

22、所述形成与所述第一晶粒堆叠设置的第二晶粒，包括：

23、键合所述第一晶圆和所述第二晶圆，使得所述运算器与所述缓存器耦接；

24、对键合的所述第一晶圆和所述第二晶圆执行切割处理。

25、在一些实施例中，在键合所述第一晶圆和所述第二晶圆之前，所述制造方法还包括：

26、提供第三晶圆，所述第三晶圆包括布线层和位于所述布线层中的桥接电路；

27、将所述第三晶圆的第一面和所述第一晶圆键合，使得所述桥接电路的第一端口通过第一接口协议与所述运算器耦接；

28、将所述第三晶圆的第二面和所述第二晶圆键合，使得所述桥接电路的第二端口通过第二接口协议与所述缓存器耦接；其中，所述第二接口协议和所述第一接口协议不同；所述第二面与所述第一面相对设置。

29、在一些实施例中，所述提供第二晶圆，包括：

30、形成所述缓存器；

31、在所述缓存器上形成布线层；

32、在所述布线层中形成桥接电路，所述桥接电路的第二端口通过第二接口协议与所述缓存器耦接；

33、所述键合所述第一晶圆和所述第二晶圆，包括：

34、倒置所述第二晶圆，使得所述布线层位于所述第一晶粒和所述缓存器之间；

35、键合所述桥接电路和所述运算器，使得所述桥接电路的第一端口通过第一接口协议与所述运算器耦接；其中，所述第二接口协议和所述第一接口协议不同。

36、在一些实施例中，所述第一晶圆采用第一制程工艺，所述第二晶圆采用第二制程工艺；其中，所述第二制程工艺对应的特征尺寸大于所述第一制程工艺对应的特征尺寸。

37、根据本公开的第三方面，提供一种数据处理系统，包括：

38、如上述任一实施例中所述的数据处理芯片；

39、至少一个所述存储器，与所述第一晶粒沿第一方向并列设置，所述第一方向垂直于所述第二晶粒与所述第一晶粒堆叠的方向。

40、在一些实施例中，所述数据处理芯片和所述存储器构成节点芯片；

41、所述数据处理系统包括：多个所述节点芯片；其中，多个所述节点芯片沿第二方向并列设置且集联，所述第二方向垂直于所述第二晶粒与所述第一晶粒堆叠的方向，第二方向与所述第一方向相交。

42、本公开实施例中，第一方面，通过设置第一晶粒与第二晶粒堆叠，缓存器和运算器之间可通过键合的方式耦接，从而为数据传输提供更高的带宽，实现高算力的同时降低了系统的带宽需求；第二方面，相较于设置片上缓存，本公开通过在第一晶粒之外（即片外）设置第二晶粒，第二晶粒中的缓存器用于缓存数据，有利于降低片上系统的设计复杂度，降低数据处理芯片的设计、生产成本。

43、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种数据处理芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的数据处理芯片，其特征在于，所述数据处理芯片还包括：

3.根据权利要求2所述的数据处理芯片，其特征在于，所述运算器包括：多个运算单元；所述缓存器包括：多个缓存单元；

4.根据权利要求1所述的数据处理芯片，其特征在于，所述第一晶粒还包括：

5.根据权利要求1所述的数据处理芯片，其特征在于，所述第二晶粒的正投影与所述第一晶粒的正投影重合。

6.根据权利要求1所述的数据处理芯片，其特征在于，所述缓存器的存储容量大于预设值；其中，所述预设值大于0兆且小于1千兆。

7.根据权利要求1所述的数据处理芯片，其特征在于，所述缓存器包括：动态随机存取存储器、闪存存储器、相变存储器或磁性隧道结存储器。

8.一种数据处理芯片的制造方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在键合所述第一晶圆和所述第二晶圆之前，所述制造方法还包括：

11.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述提供第二晶圆，包括：

12.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述第一晶圆采用第一制程工艺，所述第二晶圆采用第二制程工艺；其中，所述第二制程工艺对应的特征尺寸大于所述第一制程工艺对应的特征尺寸。

13.一种数据处理系统，其特征在于，包括：

14.根据权利要求13所述的数据处理系统，其特征在于，所述数据处理芯片和所述存储器构成节点芯片；

技术总结
本公开基于有限的内存带宽无法保证数据的高速传输，难以满足算力需求的技术问题，提供一种数据处理芯片及其制造方法、数据处理系统。数据处理芯片包括：第一晶粒，包括：运算器；第二晶粒，与第一晶粒堆叠设置，包括：缓存器，缓存器通过键合与运算器耦接；其中，缓存器被配置为：在运算器与主机进行数据传输或在运算器与存储器进行数据传输时，对传输的数据进行缓存。如此，为数据传输提供更高的带宽，实现高算力的同时降低了系统的带宽需求。

技术研发人员：吕佳霖,王峰,郭垣翔,张玮君,李岑
受保护的技术使用者：北京算能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15