一种半导体裸片及其设计方法、相关设备与流程

本技术涉及计算机，具体涉及一种半导体裸片及其设计方法、相关设备。

背景技术：

1、随着集成电路，特别是芯片领域内工艺制程越来越小，芯片功耗对芯片性能的影响越来越突出，导致近年来芯片功耗已经成为制约芯片技术进一步发展的重要因素之一。

2、芯片产生功耗的原因有很多，除了正常运行所产生的功耗以外，还包括泄漏电流引起的泄漏功耗，以及全片超压运行所带来的额外功耗，这些功耗在芯片整体功耗中的占比很高，因此，如果能够降低泄漏功耗以及全片超压运行所带来的额外功耗，将能够明显降低芯片的整体功耗，提高芯片性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术致力于提供一种半导体裸片及其设计方法、相关设备，降低芯片的泄漏功耗以及超压运行产生的额外功耗，进而降低芯片的整体功耗，提高芯片性能。

2、第一方面，本技术提供一种半导体裸片，包括：供电模块以及多个功能模块，所述功能模块用于实现半导体裸片的预设功能，其中，

3、所述多个功能模块划分为多个电压域，各所述电压域对应的电源互不相同，所述电源用于为相应的电压域提供匹配的工作电压；

4、所述供电模块分别控制各所述电压域与相应的电源连通或关断。

5、在一种可选的实施方式中，所述供电模块包括：电源管理模块和至少一个开关模块，其中，

6、每个所述开关模块与一个所述电压域对应；

7、所述开关模块的输入端连接对应电压域的电源，所述开关模块的输出端连接对应电压域内的各功能模块；

8、所述电源管理模块的第一控制端与所述开关模块的驱动端相连；

9、所述电源管理模块控制所述开关模块导通或关断。

10、在一种可选的实施方式中，所述开关模块的反馈端与所述电源管理模块的采集端相连；

11、所述开关模块在处于导通状态后通过所述反馈端输出第一状态信号；

12、所述电源管理模块在接收全部所述开关模块的第一状态信号后，通过第二控制端输出初始化信号，所述初始化信号用于控制所述半导体裸片进行初始化操作。

13、在一种可选的实施方式中，所述开关模块包括多个电源关断门；

14、各所述电源关断门响应所述电源管理模块的驱动信号以导通或关断。

15、在一种可选的实施方式中，所述电源关断门包括缓冲器和可控开关，其中，

16、所述缓冲器的输出端与所述可控开关的控制端相连；

17、所述缓冲器接收所述电源管理模块的驱动信号，并对所述驱动信号进行波形修复后输出所述驱动信号；

18、所述可控开关响应于所述驱动信号导通或关断。

19、在一种可选的实施方式中，各所述缓冲器依次级联，形成第一级联驱动电路；

20、所述第一级联驱动电路中第一缓冲器的输入端作为开关模块的驱动端，所述第一级联驱动电路中最后一个缓冲器的输出端作为开关模块的反馈端；

21、各所述可控开关的输入端分别连接相应的电源，各所述可控开关的输出端用于为相应的电压域供电。

22、在一种可选的实施方式中，各所述缓冲器的输入端分别作为开关模块的驱动端，各所述缓冲器的输出端分别作为开关模块的反馈端；

23、各所述可控开关的输入端分别连接相应的电源，各所述可控开关的输出端用于为相应的电压域供电。

24、在一种可选的实施方式中，所述开关模块还包括至少一个或门电路，其中，

25、所述多个电源关断门划分为多个开关序列；

26、任一所述开关序列内的电源关断门的缓冲器依次级联，形成第二级联驱动电路；

27、所述多个开关序列划分为至少个开关组，且每一个所述开关组对应一个所述或门电路；

28、同一开关组内的各第二级联驱动电路的输入端分别与该开关组对应的或门电路的输入端相连；

29、所述或门电路的输出端作为相应开关组的输出端，同一开关组内各第二级联驱动电路的输入端作为所属开关组的输入端；

30、各所述开关组串联连接；

31、各所述电源关断门中可控开关的输入端分别连接相应的电源，各所述可控开关的输出端用于为相应的电压域供电。

32、在一种可选的实施方式中，本技术第一方面提供的半导体裸片，还包括：多个供电网络，其中，

33、每个所述供电网络对应一个所述电压域；

34、所述供电网络的输入端用于连接对应电压域的电源；

35、所述供电网络的输出端用于实现为对应电压域独立供电。

36、在一种可选的实施方式中，所述供电网络包括第一金属层和第二金属层，其中，

37、所述第一金属层包括多路第一金属条和多路第二金属条；

38、所述第一金属条用于连接开关模块的输入端；

39、所述第二金属条用于连接开关模块的输出端；

40、所述第二金属层包括多路第三金属条和多路第四金属条，其中，

41、所述第三金属条用于连接所述电源以及所述第一金属条；

42、所述第四金属条用于连接所述第二金属条以及所述开关模块对应的电压域内的各功能模块。

43、在一种可选的实施方式中，所述第一金属层和第二金属层之间还设置有至少一层第三金属层，其中，

44、所述第三金属层用于连接所述第二金属条以及电压域内的功能模块。

45、在一种可选的实施方式中，所述第一金属层贯穿各所述第三金属层后与所述第二金属层相连。

46、在一种可选的实施方式中，本技术第一方面提供的半导体裸片，还包括：至少一个隔离单元，其中，

47、所述隔离单元的第一输入端与第一功能模块相连，所述第一功能模块包括各所述功能模块中被所述供电模块下电的功能模块；

48、所述隔离单元的输出端与第二功能模块相连，所述第二功能模块包括各所述功能模块中与所述第一功能模块关联的功能模块；

49、所述供电模块与所述隔离单元的第二输入端相连；

50、所述供电模块在控制所述第一功能模块下电后输出第一控制信号；

51、所述隔离单元响应于所述第一控制信号，输出第二控制信号，所述第二控制信号为所述第一功能模块下电且处于稳态情况下向所述第二功能模块输出的控制信号。

52、在一种可选的实施方式中，所述隔离单元包括与门电路。

53、在一种可选的实施方式中，所述多个电压域包括计算核心电压域、存储电压域、时钟电压域、测试电压域以及辅助电压域，其中，

54、所述计算核心电压域包括至少一个处理器核以及核间通信网络；

55、所述存储电压域包括存储器以及存储控制器；

56、所述时钟电压域包括锁相器以及通用输入/输出接口控制器；

57、测试电压域包括用于半导体裸片测试的测试模块；

58、所述辅助电压域包括所述半导体裸片中的通信模块。

59、在一种可选的实施方式中，同一电压域内的各功能模块就近布置。

60、第二方面，本技术提供一种半导体裸片设计方法，包括：

61、提供供电模块以及多个功能模块，所述功能模块用于实现半导体裸片的预设功能；

62、将所述多个功能模块划分为多个电压域，其中，各所述电压域对应的电源互不相同，所述电源用于为相应的电压域提供匹配的工作电压；

63、将所述供电模块配置为：分别控制各所述电压域与相应的电源连通或关断。

64、第三方面，本技术提供一种半导体器件，包括：半导体基板以及如本技术第一方面任一项所述的半导体裸片，其中，

65、所述半导体裸片封装于所述半导体基板的一侧；

66、所述半导体基板的另一侧设置有引脚，所述引脚的一端与所述半导体裸片中各电压域相连，所述引脚的另一端用于连接各所述电压域对应的电源。

67、第四方面，本技术提供一种集成电路系统，包括：印刷电路板和如本技术第第三方面提供的半导体器件，其中，

68、所述半导体器件安装于所述印刷电路板。

69、第五方面，本技术提供一种电子设备，包括如本技术第四方面提供的集成电路系统。

70、基于上述内容，本技术提供的半导体裸片，包括供电模块以及多个功能模块，各功能模块划分为多个电压域，各电压域对应的电源互不相同，供电模块分别控制各电压域与相应的电源连通或关断，其中，电源为相应的电压域提供匹配的工作电压，在本技术提供的半导体裸片中，供电模块分别控制各电压域独立供电，对于可以下电的电压域可以单独控制其下电，进而避免相应的电压域产生泄漏损耗，相应的，由于各电压域独立供电，可单独提高需要超压运行的电压域的电压，相较于现有技术中全片超压运行所产生的额外损耗，本技术由于只有部分电压域超压运行，因此可有效降低额外损耗，由此可见，本技术提供的半导体裸片能够降低泄漏功耗以及全片超压运行所带来的额外功耗，进而明显降低芯片的整体功耗，提高芯片性能。