이종 F2F 본딩 3D IC에서 매크로를 고려한 효율적인 die-to-die 3D 배치

Core Concepts

이 논문은 이종 F2F 본딩 3D IC에서 매크로와 표준 셀을 동시에 고려하는 혁신적인 3D 혼합 크기 배치 기법을 제안한다. 전용 밀도 모델과 이중층 와이어길이 모델을 활용하여 3D 솔루션 공간에서 인스턴스 분할과 위치를 최적화한다. 또한 매크로와 표준 셀 간의 구조적 및 물리적 차이를 해결하기 위한 새로운 3D 전처리기를 개발하였다.

Abstract

이 논문은 이종 F2F 본딩 3D IC에서 매크로와 표준 셀을 동시에 고려하는 혁신적인 3D 혼합 크기 배치 기법을 제안한다.

전용 밀도 모델과 이중층 와이어길이 모델을 활용하여 3D 솔루션 공간에서 인스턴스 분할과 위치를 최적화한다.
매크로와 표준 셀 간의 구조적 및 물리적 차이를 해결하기 위한 새로운 3D 전처리기를 개발하였다.
와이어길이 최적화를 위해 매크로 회전 할당에 대한 혼합 정수 선형 프로그래밍(MILP) 공식화를 제안하였다.
적응형 3D 밀도 누적 알고리즘과 증분 와이어길이 gradient 알고리즘을 활용하여 GPU 가속을 구현하였다.
ICCAD 2023 콘테스트 벤치마크에서 첫 번째 수상자 대비 5.9% 품질 점수 향상과 4.0배 런타임 가속을 달성하였다.

Stats

표준 셀 수: 13901 ~ 740211
매크로 수: 6 ~ 34
순수 와이어길이(HPWL): 15622062 ~ 1108969124
HBT 수: 993 ~ 160993

Quotes

"이 논문은 이종 F2F 본딩 3D IC에서 매크로와 표준 셀을 동시에 고려하는 혁신적인 3D 혼합 크기 배치 기법을 제안한다."
"전용 밀도 모델과 이중층 와이어길이 모델을 활용하여 3D 솔루션 공간에서 인스턴스 분할과 위치를 최적화한다."
"매크로와 표준 셀 간의 구조적 및 물리적 차이를 해결하기 위한 새로운 3D 전처리기를 개발하였다."

Key Insights Distilled From

Analytical Heterogeneous Die-to-Die 3D Placement with Macros

by Yuxuan Zhao,... at arxiv.org 03-15-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.09070.pdf

Deeper Inquiries

이 기법을 다른 3D IC 기술(예: TSV 기반, 단일 다이)에 적용할 수 있을까?

이 기법은 현재 heterogeneous face-to-face (F2F) bonded 3D ICs에 적합하게 설계되었습니다. 그러나 다른 3D IC 기술에도 적용할 수 있는 가능성이 있습니다. 예를 들어, TSV(Trough-Silicon-Via)를 사용하는 3D ICs의 경우, 전체적인 설계 흐름은 유사할 수 있지만 TSV의 특성에 따라 일부 수정이 필요할 수 있습니다. 또한, 단일 다이를 사용하는 3D ICs의 경우에도 이 기법을 적용할 수 있을 것으로 예상됩니다. 다만, 각 기술의 고유한 특성에 맞게 약간의 조정이 필요할 수 있습니다.

이 기법을 활용하여 3D IC 설계의 전력 및 열 관리 문제를 어떻게 해결할 수 있을까?

3D IC 설계에서 전력 및 열 관리는 중요한 과제입니다. 이 기법을 활용하여 전력 및 열 관리 문제를 해결할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 첫째, 3D IC 설계에서 매크로와 표준 셀을 효율적으로 배치함으로써 전력 소비를 최적화할 수 있습니다. 또한, 밀도 모델과 와이어 길이 모델을 사용하여 열 흐름을 최적화하고 열 문제를 완화할 수 있습니다. 더불어, 전력 및 열 관리를 위해 특정 영역에 집중된 열을 분산시키는 방법을 적용할 수도 있습니다.

매크로와 표준 셀의 크기 차이가 극단적인 경우, 제안된 기법의 성능이 어떻게 달라질까?

매크로와 표준 셀의 크기 차이가 극단적으로 클 경우, 제안된 기법의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 매크로와 표준 셀의 크기 차이가 클수록 초기 배치 단계에서 밀도 모델과 와이어 길이 모델의 정확성이 중요해집니다. 또한, 매크로의 크기가 커질수록 밀도 및 열 관리 문제가 더 복잡해질 수 있습니다. 따라서, 극단적인 크기 차이의 경우, 초기 설계 단계에서 더 많은 주의가 필요하며, 성능을 향상시키기 위해 추가적인 최적화 단계가 필요할 수 있습니다.