含有可编程计算单元的可编程门阵列制造技术

含有可编程计算单元的可编程门阵列，本发明专利技术提出一种可编程门阵列，它含有多个可编程计算单元、多个可编程逻辑单元和多个可编程连接。每个可编程计算单元含有至少一个可写存储阵列，该可写存储阵阵列存储一函数的查找表（LUT）。

Programmable Gate Array with Programmable Computing Unit

A programmable gate array with a programmable computing unit is proposed in the present invention, which comprises a plurality of programmable computing units, a plurality of programmable logic units and a plurality of programmable connections. Each programmable computing unit contains at least one writable storage array, which stores a function lookup table (LUT).

【技术实现步骤摘要】
含有可编程计算单元的可编程门阵列
本专利技术涉及集成电路领域，更确切地说，涉及可编程门阵列。
技术介绍
可编程门阵列属于半定制集成电路，即通过后端工艺或现场编程，实现对逻辑电路的定制化。美国专利4,870,302披露了一种可编程门阵列。它含有多个可编程逻辑单元（configurablelogicelement，或configurablelogicblock）和可编程连接（configurableinterconnect，或programmableinterconnect）。其中，可编程逻辑单元在设置信号控制下可以选择性地实现移位、逻辑非、AND（逻辑与）、OR（逻辑和）、NOR（和非）、NAND（与非）、XOR（异或）、+（算术加）、-（算术减）等功能；可编程连接在设置信号控制下可以选择性地实现两条互连线之间的连接、断开等功能。目前，很多应用均涉及复杂函数的计算。复杂函数一般含有多个自变量，它是基本函数的一种组合。基本函数含有一个或少量自变量，其例子包括超越函数，如指数（exp）、对数（log）、三角函数（sina、cos）等。为了保证执行速度，高性能应用要求用硬件来实现复杂函数。在现有的可编程门阵列中，复杂函数均通过来固化计算单元来实现。这些固化计算单元为硬核（hardblock）的一部分，其电路已经固化、不能对其进行再配置。很明显，固化计算单元将限制可编程门阵列的进一步应用。为了克服这个困难，本专利技术将可编程门电路的概念推广，使固化计算单元可编程化。具体说来，可编程门电路除了含有可编程逻辑单元以外，还含有可编程计算单元。该可编程计算单元可以选择性地实现多种函数中的任何一种。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是推广可编程门电路在复杂数学计算领域的应用。本专利技术的另一目的是提供一种可编程门电路，不仅其逻辑功能可以被定制，其计算功能也可以被定制。本专利技术的另一目的是提供一种计算能力更灵活、更强大的可编程门阵列。本专利技术的另一目的是提供一种芯片面积更小、成本更低的可编程门阵列。为了实现这些以及别的目的，本专利技术提出一种可编程门阵列。它含有一可编程计算单元阵列、一个可编程逻辑单元阵列和多个可编程连接。每个可编程计算单元含有至少一个可写存储阵列，该可写存储阵列存储一种函数的查找表（LUT）。可编程计算单元的使用分两个阶段：设置阶段和计算阶段。在设置阶段，根据用户需要将所需函数的LUT加载到可写阵列中；在计算阶段，通过查找LUT来获得基本函数的值。由于采用可写阵列，即使同一批次的芯片也可以实现不同的函数。而且，对于基于多次重复编程存储（MTP）阵列的可编程门阵列，由于在不同时段可以对MTP阵列加载不同函数的LUT，该可编程门阵列能实现可重构计算。除了可编程计算单元，可编程门阵列还含有多个可编程逻辑单元和可编程连接。可编程逻辑单元从一逻辑运算库中选择性地实现一种逻辑运算；可编程连接可以选择性地实现多种连接中的一种。在复杂函数的实现过程中，复杂函数首先被分解为多个基本函数。然后针对每个基本函数设置对应的可编程计算单元，使其实现相应的基本函数。最后，通过设置可编程逻辑单元和可编程连接，实现所需的复杂函数。相应地，本专利技术提出一种可编程门阵列(400)，其特征在于含有：多个包括一可编程计算单元(100)的可编程计算单元(100AA-100AD)，该可编程计算单元(100)含有一可写存储阵列(110)，该可写存储阵列(110)存储一基本函数的至少部分查找表（LUT）；多个包括一可编程逻辑单元(200)的可编程逻辑单元(200AA-200AD)，该可编程逻辑单元从一逻辑运算库中选择性地实现一种逻辑运算；多个将该可编程计算单元(100AA-100AD)和该可编程逻辑单元(200AA-200AD)选择性耦合的可编程连接(300)；通过对该可编程计算单元(100AA-100AD)、该可编程逻辑单元(200AA-200AD)和该可编程连接(300)进行编程以实现一复杂函数，该复杂函数是所述基本函数的一种组合。本专利技术还提出一种可编程门阵列(400)，其特征在于含有：一半导体衬底(0)；多个包括一可编程计算单元(100)的可编程计算单元(100AA-100AD)，该可编程计算单元(100)含有一可写存储阵列(110)，该可写存储阵列(110)存储一基本函数的至少部分查找表（LUT）；多个包括一可编程逻辑单元(200)的可编程逻辑单元(200AA-200AD)，该可编程逻辑单元从一逻辑运算库中选择性地实现一种逻辑运算；多个将该可编程计算单元(100AA-100AD)和该可编程逻辑单元(200AA-200AD)选择性耦合的可编程连接(300)；通过对该可编程计算单元(100AA-100AD)、该可编程逻辑单元(200AA-200AD)和该可编程连接(300)进行编程以实现一复杂函数，该复杂函数是所述基本函数的一种组合；该可写存储阵列(110)基于第一晶体管(0t1)，该可编程逻辑单元(200)基于第二晶体管(0t2)，所述第一和第二晶体管(0t1,0t2)形成在该半导体衬底(0)中。附图说明图1是一种可编程计算单元的符号。图2是一种可编程计算单元的衬底电路布局图。图3是一种可编程门阵列的布局图。图4表示一种可重构门阵列的两个使用周期。图5A披露一种可编程连接实现的连接库；图5B披露一种可编程逻辑单元实现的逻辑运算库。图6是该种可编程门阵列具体实现的一种布局图。图7是一种可编程门阵列的截面图。注意到，这些附图仅是概要图，它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见，图中的部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中，相同的符号一般表示对应或类似的结构。具体实施方式图1是一种可编程计算单元100的符号。其输入端IN包括输入数据115，输出端OUT包括输出数据135，设置端CFG包括设置信号125。当设置信号125为“写”时，在可编程计算单元100中写入所需基本函数的LUT。当设置信号125为“读”时，从可编程计算单元100中读出LUT中的值。图2是一种可编程计算单元100的电路布局图。在该实施例中，LUT存储在至少一个可写存储阵列110中。该电路还包括可写存储阵列110的周边电路：X解码器15和Y解码器（包括读出电路）17等。可写存储阵列110可以是RAM或ROM。RAM的例子包括SRAM、DRAM等；ROM的例子包括OTP（一次编程）、MTP（多次编程）等。其中，MTP包括EPROM、EEPROM、闪存等。图3表示一种可编程门阵列400。它含有规则排列的可编程模块400A和可编程模块400B等。每个可编程模块（如400A）含有多个可编程计算单元（如100AA-100AD）和可编程逻辑单元（如200AA-200AD）。在可编程计算单元（如100AA-100AD）和可编程逻辑单元（如200AA-200AD）之间含有可编程信道320、340；在可编程模块400A和可编程模块400B之间，也含有可编程信道310、330、350。可编程信道310-350含有多个可编程连接300。对于熟悉本领域的专业人士来说，除了可编程信道以外，还可以采用门海（sea-of-gates）等设计。图4表示可重构门阵列400的两个使用周期620和660。第一使用周期620分为两个阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可编程门阵列(400)，其特征在于含有：多个包括一可编程计算单元(100)的可编程计算单元 (100AA‑100AD)，该可编程计算单元(100)含有一可写存储阵列(110)，该可写存储阵列(110)存储一基本函数的至少部分查找表（LUT）；多个包括一可编程逻辑单元(200)的可编程逻辑单元 (200AA‑200AD)，该可编程逻辑单元从一逻辑运算库中选择性地实现一种逻辑运算；多个将该可编程计算单元(100AA‑100AD)和该可编程逻辑单元(200AA‑200AD)选择性耦合的可编程连接(300)；通过对该可编程计算单元(100AA‑100AD)、该可编程逻辑单元(200AA‑200AD)和该可编程连接(300)进行编程以实现一复杂函数，该复杂函数是所述基本函数的一种组合。

【技术特征摘要】
1.一种可编程门阵列(400)，其特征在于含有：多个包括一可编程计算单元(100)的可编程计算单元(100AA-100AD)，该可编程计算单元(100)含有一可写存储阵列(110)，该可写存储阵列(110)存储一基本函数的至少部分查找表（LUT）；多个包括一可编程逻辑单元(200)的可编程逻辑单元(200AA-200AD)，该可编程逻辑单元从一逻辑运算库中选择性地实现一种逻辑运算；多个将该可编程计算单元(100AA-100AD)和该可编程逻辑单元(200AA-200AD)选择性耦合的可编程连接(300)；通过对该可编程计算单元(100AA-100AD)、该可编程逻辑单元(200AA-200AD)和该可编程连接(300)进行编程以实现一复杂函数，该复杂函数是所述基本函数的一种组合。2.根据权利要求1所述的可编程门阵列(400)，其特征还在于：该可写存储阵列(110)为一次编程存储器(OTP)。3.根据权利要求1所述的可编程门阵列(400)，其特征还在于：该可写存储阵列(110)为多次编程存储器(MTP)。4.根据权利要求1所述的可编程门阵列(400)，其特征还在于：其使用过程包括一设置阶段(610)，在该设置阶段(610)中根据用户需要将一函数的LUT加载到可写存储阵列(110)中。5.根据权利要求1所述的可编程门阵列(400)，其特征还在于：其使用过程包括一使用阶段(630)，在该使用阶段(630)中在可写存储阵列(110)中查找相应的LUT来获得该函数的值。6.一种可编程门阵列(400)，其特征在于含有：一半导体衬底(0)；多个包括一可编程计算单元(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国飙，
申请(专利权)人：成都海存艾匹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51