news 2026/9/23 9:45:13

xilinx的SSI堆叠技术

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张小明

前端开发工程师

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xilinx的SSI堆叠技术


一、SSI-stacked silicon interconnect硅片堆叠互联
1.SSI硅片堆叠互联技术,指的是将多个Die通过互联和制造技术到一个chip中;

2.在xilinx的tcl控制台使用get_slrs来获取SLR超级逻辑区域数量

Silicon Interposer作为硅中间层

Silicon Interposer硅中介层
位于封装基板上方,FPGA裸片下方的薄层。这个是一块无源的硅片,内部包含多层高密度金属布线和垂直导电通道(TSV)。
它相当于一个“芯片级的高密度PCB”,负责将多个FPGA裸片并排连接起来。

FPGA Die (SLR)
SLR0、SLR1、SLR2、SLR3。这意味着原本需要制造一整块超大芯片的FPGA,被拆分成了4个独立的、可单独测试的FPGA切片。图中它们并排贴装在中介层上,共同构成一个完整的超大容量FPGA。

FPGA设计逻辑横跨多个SLR的问题
额外延迟:跨SLR通信会引入“Inter-SLR Compensation (ISC)”惩罚-。具体延迟取决于穿越方式,垂直穿越消耗1条SLL,延迟约8-11ns;而最坏情况的对角线穿越(非相邻SLR)延迟可达10-16ns-12。

时钟频率下降:这种高延迟会直接压低设计的最大时钟频率(Fmax)。研究指出,跨SLR的数据通路可能需要将目标频率限制在450MHz以下-。在复杂设计中,频繁的跨域甚至可能导致时钟频率从450MHz骤降至230MHz-。

布线拥塞与关键路径:跨SLR的连接会占用宝贵的SLL资源,在边界处极易形成布线拥塞,进一步恶化时序-。跨越两个SLR的路径,即使中间插入了寄存器,也可能成为关键路径,限制整个系统的性能。

SLL资源稀缺:SLL是跨SLR通信的唯一数据连接,资源非常有限(例如,每个边界约23k条),是设计中需要精打细算的紧张资源-。

功耗上升:SLL线由于尺寸更大,其单位功耗高于SLR内部互连。设计中应尽可能避免或减少使用SLL,以控制功耗

二、xilinx的FPGA芯片采用了多SSI堆叠技术的芯片

利用堆叠硅片互联技术的 Virtex-7 FPGA 器件 Virtex-7 FPGA Virtex-7 T 7V585T 7V1500T 7V2000T Virtex-7 XT 7VX330T 7VX415T 7VX485T 7VX550T 7VX690T 7VX980T 7VX1140T Virtex-7 HT 7VH290T 7VH580T 7VH870T

三、逻辑设计要注意的问题

SSI stacked Silicon Interconnect硅片堆叠技术
SLR Super Logic Region超级逻辑区域SLR,也就是一个FPGA的逻辑Die;
在某些xilinx的FPGA芯片器件中使用对接硅片互联SSI技术,这类器件中,全部可用资源被划分为多个超级逻辑区域SLR.
使用 SSI 技术器件时,重要的是确保 Vivado HLS 创建的逻辑适用于单一 SLR 内。

SSI (Stacked Silicon Interconnect):赛灵思用于将多个芯片(die)集成在单个封装内的技术。它本质上是将多个FPGA芯片“缝合”在一起,使其表现得像一个大型FPGA。优势:突破单芯片光罩尺寸限制,容量更大。

SLR (Super Logic Region):SSI芯片内的单个芯片(die)或逻辑区域。一个SSI器件由多个SLR组成。

SLR利用率 vs. 器件总利用率:Vivado报告会显示资源使用在单个SLR层面的分布,以及整个芯片的汇总情况。布局(Placement)与布线(Routing)必须考虑SLR边界。

跨越SLR边界进行通信(通过硅中介层或SSI接口)在延迟、带宽和时序收敛方面需要付出高昂代价。SLR之间的布线资源有限且速度较慢。

拥塞/布线(Congestion/Routing):SLR间的布线(跨SLR布线)是有限的,会成为瓶颈。

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