具有电压调节功能的gpu芯片及其制作方法.docx

具有电压调节功能的gpu芯片及其制作方法专利名称：具有电压调节功能的gpu芯片及其制作方法技术领域：本发明涉及半导体芯片，特别涉及GPU芯片及其制作方法背景技术：在计算机中，为了对大量图像数据进行高速显示，除了显示器之外，显示系统往往还安装有图像处理器件图像处理器件往往由专用于图像处理的运算处理器件(GPU，即图像处理单元)、作为存储器件的用来存储图像数据的视频随机存取存储器(VRAM)、显示处理器件等构成此处，显示系统表示一种系统，它具有对中央处理器中执行的运算过程的结构进行解释处理并显示图像的功能而且，图像处理器件表示一种器件，它接收GPU中执行的运算的结构，并形成要送到显示系统中的显示器件的图像数据而且，显示器件表示一种器件，它将图像处理器件中形成的图像数据显示为显示部分中的图像显示部分表示一个区域，它由多个像素组成，并在其中显示图像GPU是相对于CPU (中央处理单元)的一个概念，它能够从硬件上支持多边形转换与光源处理的图像显示硬件目前在GPU上进行的主要运算包括光罩计算、深度检测、光栅化等由于GPU采用的是单指令多数据的处理器设计模式，而且它不需要进行内存管理、对系统的输入输出做出响应等，所以它在图形处理方面的性能远远大于CPU。

因此，GPU已经逐渐成为组成电脑不可缺少的一部分，对于GPU芯片的工艺要求也越来越高然而，一般的情况下，在半导体集成电路的晶片工序中，不仅不同芯片间，而且同一晶圆上的同时制作出来的具有相同结构的多个芯片之间也有一定的差异，这是由于制作过程中的工艺偏差造成的，例如光刻工序中的掩模错位、成膜工序和平坦化工序中的膜厚控制的偏差等各种要素而产生的这样，在批量制作GPU芯片时，由于这些差异，会导致每个GPU芯片在性能参数上略有差别，但仍属于合格的范围内例如，有的GPU芯片可能是在 0. 9V的工作电压下处于最佳工作状态，而有的GPU芯片可能是在1. OV的工作电压下处于最佳工作状态然而，当GPU安装到图形卡并配备电源为其供电时，为GPU芯片供电的电源输出的电压往往是恒定的，因此对于性能参数略有差别的每个GPU芯片来说所供应的电压是一样的这就会导致并非每个GPU芯片都能工作在其最佳状态所需要的工作电压下因此，需要一种新的GPU芯片以及为GPU芯片供压的方法，能够解决传统工艺中由于供压源一致导致大多数GPU芯片不能工作在最佳状态的问题发明内容在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。

本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围根据本发明的一个方面，提供了一种具有电压调节功能的半导体芯片及其制造方法，所述半导体芯片通过一供电装置进行供电，所述半导体芯片包括电压调节模块，所述电压调节模块用于根据所述半导体芯片的最优工作电压调节所述供电装置输出给所述半导体芯片的供电电压根据本发明的另一个方面，提供了一种制作具有电压调节功能的半导体芯片的方法，包括如下步骤a 提供半导体芯片，所述半导体芯片通过一供电装置进行供电，所述半导体芯片包括电压调节模块，所述电压调节模块用于根据所述半导体芯片的最优工作电压调节所述供电装置输出给所述半导体芯片的供电电压；b 确定所述半导体芯片的最优工作电压；c 调节所述电压调节模块的输出信号；d 封装所述半导体芯片本发明的半导体芯片可根据其最佳工作电压进行调节，从而反馈至为其供电的供电装置，使供电装置输出一个能使得芯片工作在其最佳工作状态的电压，解决传统工艺中由于供压源输出单一以及芯片参数的个体差异导致大多数芯片不能工作在其最佳状态的问题本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。

附图中示出了本发明的实施方案及其描述，用来解释本发明的原理在附图中，图1是根据本发明的具有电压调节功能的半导体芯片的方框图；图2是根据本发明一个具体实施例的具有电压调节功能的GPU芯片的示意框图；图3A是根据本发明一个实施方案的GPU芯片上的电压调节熔丝阵列的示意图；图;3B是根据本发明又一实施方案的GPU芯片上的电压调节熔丝阵列的示意图；图3C是根据本发明再一实施方案的GPU芯片上的电压调节熔丝阵列的示意图；图4是根据本发明制作具有电压调节功能的GPU芯片的工艺流程图具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述现在，将对根据本发明的实施例进行详细描述，其示例图示于附图中虽然将结合优选实施例对本发明进行描述，但是要理解的是它们并非意图将本发明限于这些实施例 相反，本发明旨在涵盖可包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的替换、 修改及等效内容此外，在本发明实施例的下列详细描述中，阐述了大量具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。

然而，对于本领域中的一个普通技术人员而言将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下施行本发明在其他例子中，为了不混淆本发明的各个方面，不对公知的方法、程序、部件和电路进行详细描述对于计算机存储器中数据比特上的程序、逻辑块、处理及操作的其他符号表示，介绍以下详细描述的某些部分这些描述和表示是由数据处理领域中的普通技术人员使用的手段，以最有效地将他们工作的实质传达给本领域的其他技术人员这里的程序、逻辑块、 处理等通常被认为是一系列前后一致的导致期望结果的步骤或指令这些步骤包括物理量的物理操控通常，尽管不是必须地，但这些物理量采用可以在计算机系统中存储、传送、组合、比较以及其他操控的电、磁、光或量子信号的形式主要由于常用的原因，已经多次证明提及这些信号时用比特、数值、元件、符号、字符、术语、数字等是方便的然而，应当记住的是，所有这些以及相似的术语都是与适当的物理量相关联的，并且仅是适用于这些量的方便的称号除非下面的讨论中清楚而具体地做出其他声明，否则可以理解的是，贯穿本发明使用诸如“处理”、“计算”、“判定”、“显示”、“存取”、“写入”、“包括”、“存储”、“传输”、“遍历”、“关联”、“识别”等的术语的讨论，指的是计算机系统或类似的处理设备(例如，电学、光学或量子计算设备)的动作和处理，其对在计算机系统的寄存器和存储器中以物理(例如，电子)量表示的数据进行操控。

这些术语是指下述处理设备的动作和处理，所述处理设备对计算机系统的部件(例如，寄存器、存储器或其他这类信息存储、传输或显示设备等)内的物理量进行操控或将其转换成其他部件内的相似地表示为物理量的其他数据图1是根据本发明的具有电压调节功能的半导体芯片的方框图本发明中的示意图仅为示意性的目的，且其并不限定本发明的可能的实施方案如图1所示，提供GPU 122，GPU 122包括电压调节模块101以及等效负载模块 102此处的等效负载模块102表示GPU 122工作时的其上所有单元的等效工作负载之和 GPU 122外接的供电模块103为GPU 122提供工作电压该供电装置103可以是本领域技术人员所公知的任何一种用于为GPU输入电压的具有反馈功能的电源设备或模块例如， 所述电源模块103包括反馈模块104、运算放大器105以及参考电压源106这里的反馈模块104例如可以为晶体管构成的多级放大电路，在此不详细示出根据本发明，通过根据不同的GPU各自的最佳工作电压、工作温度等参数对电压调节模块101进行调节，从而调整输入到运算放大器205的反相端的输入信号，使得运算放大器的输出信号根据GPU各自的最佳工作电压发生变化，再通过反馈模块104输出经调整的电压给GPU 122，从而为GPU 122提供最佳的工作电压，以使GPU 222工作在最佳状态。

实施例1图2是根据本发明一个具体实施例的具有电压调节功能的GPU芯片的示意框图 如图2所示，提供GPU 222，GPU 222包括电压调节模块201以及等效负载模块202此处的等效负载模块202表示GPU工作时的GPU上所有单元的等效负载之和GPU 222外接的供电装置203为GPU 222提供工作电压该供电装置203可以是本领域技术人员所公知的任何一种用于为GPU 222输入电压的具有反馈功能的电源设备或模块例如，所述电源模块203包括反馈模块204、运算放大器205以及参考电压源206具体地，电压调节模块201包括串联连接的第一电压调节模块207和第二电压调节模块208其中，运算放大器205的同相输入端与参考电压源206相连，反相输入端连接于第一电压调节模块207与第二电压调节模块208之间的连接点，用于接收电压调节模块 201经调节的输入信号第一电压调节模块207的一端接地，另一端与运算放大器205的反相输入端相连；第二电压调节模块208 —端与第一电压调节模块207和运算放大器205反相输入端相连的一端相连，另一端与反馈模块204相连；反馈模块204的输入端连接运算放大器205的输出端，经运算放大器205调节后的信号转化为GPU 222的电压输入信号，输入到等效负载模块202从而为GPU 222供电。

等效负载模块202的另一端接地具体地，第一电压调节模块207和第二电压调节模块208可由多个并联的电阻阵列实现，并且每个电阻I^n均有一个熔丝Fn与之串联，用于控制是否接通I n熔丝的材料可以是但不限于铅锑合金、铜合金、银合金其中η为整数且η >1电阻和熔丝组成的阵列也可以是由多个子阵列通过串并联结合的混联方式连接第一电压调节模块207和第二电压调节模块208所具有的电阻Ι η的数量可以是任选的，例如为1 8个电阻Ι η的阻值可以选择为1000 20000欧姆，例如2000欧姆、4000欧姆、8000欧姆或16000欧姆根据GPU 222的最佳工作电压通过计算，选择熔断哪些电阻的熔丝，从而保留剩下的电阻以调节输入到运算放大器205反相输入端的电压例如，当第一电压调节模块207 的等效总阻值为R1，第二电压调节模块208的等效总阻值为&(这里的等效总阻值为根据 GPU的最优工作电压计算得到并选择保留下来的所有电阻的等效电阻值之和)，参考电压源206的提供的电压为Vref时，通过检测得到的负载模块202的最佳工作电压为\，则通过选择R1和&的阻值比使由反馈模块204提供给等效负载模块202的工作电压等于\，使得 GPU 222工作在最佳工作电压八下，即Vref/VL = ^/( + )(1)这里的R1和&无需选定为特定的电阻值，只需选择为使其比例关系满足公式(1) 即可。

实施例2图3A是根据本发明一个实施方案的GPU芯片上的电压调节熔丝阵列的示意图 如图3A所示，提供GPU芯片300，包括电压调节模块301和负载模块302，外接的供电装置 303为GPU芯片300供电，供电装置包括反馈模块304、运算放大器305和参考电压源306 其中，电压调节模块301包括第一电压调节模块301A和第二电压调节模块301B第一电压调节模块301A的一端接地，另一端与运算放大器305的反相输入端相连；第二电压调节模块301B的一端与运算放大器305的反相输入端相连，另一端与反馈模块304相连接；负载模块302的一端与反馈模块304相连，用于接收输入电压信号，另一端接地第一电压调节模块301A包括5个并联的电阻，例如分别为1000欧姆的R1A、2000 欧姆的I 2A、4000欧姆的R3A、8000欧姆的R4a以及16000欧姆的R5A类似地，第二电压调节模块301B也包括5个并联的电阻，例如分别为1000欧姆的I 1B、2000欧姆的R2B、4000欧姆的R3B、8000欧姆的R4b以及16000欧姆的R5B每个电阻具有相应的熔丝与其串联熔丝Fia 与Ria串联、熔。