シリコン貫通ビアを用いた三次元集積回路の物理配線設計に関する研究

• 研究課題/領域番号: 26330057
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計算機システム
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 黒川 敦 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (80610592)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 三次元集積回路 / 貫通シリコンビア / クロック分配 / 熱解析 / 電源分配 / 容量抽出

研究成果の概要

研究成果の概要は以下の通りである。1) 三次元集積回路の配線RLCを様々な条件下で電磁界解析し、各RLCの値を明らかにし、幾つかの容量式を開発した。2) 伝搬遅延時間とクロストークノイズを回路解析し、基板コンタクトの効果を明らかにし、遅延やノイズを簡単に求める式を開発した。3) 従来のシングルチップと同様に、クロック分配設計ができるクロック分配方法を開発した。4) 電源分配をモデル化して電源電圧効果を解析により明らかにした。5) 様々な条件の熱分布を熱電導解析により明らかにし、温度抑制技術として積層チップの側壁を囲む方法とチップ間にプレートを挿入する方法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Signal Propagation Delay Model in Vertically Stacked Chips (2015)
  • 著者名/発表者名: Nanako Niioka, Masayuki Watanabe, Masaaki Fukase, Masashi Imai, and Atsushi Kurokawa
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E98.A 号: 12 ページ: 2614-2624
  • DOI: 10.1587/transfun.E98.A.2614
  • NAID: 130005111976
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] インダクタンス逆行列を用いた三次元集積回路の貫通シリコンビア間結合容量抽出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林徹哉, 新岡七奈子, 深瀬政秋, 黒川敦
  • 雑誌名: 電気学会 論文誌C 巻: ?
  • NAID: 130005086250
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Cooling architectures using thermal sidewalls, interchip plates, and bottom plate for 3D ICs (2017)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Furumi, Masashi Imai, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: Proc. of the International Symposium on Quality Electronic Design
  • 発表場所: Santa Clara Convention Center, CA, USA
  • 年月日: 2017-03-14
  • 国際学会
• [学会発表] 数百層積層メモリにおける各パラメータの温度への影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡本慎太郎, 黒川敦
  • 学会等名: 情報処理学会 東北支部研究会
  • 発表場所: 弘前大学
• [学会発表] チップ外周熱伝導壁による三次元集積回路の温度低減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古見薫, 新岡七奈子, 岡本慎太郎, 今井雅, 黒川敦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 ソサエティ大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 三次元集積回路の熱解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古見薫, 今井雅, 新岡七奈子, 黒川敦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 VLSI設計技術研究会
  • 発表場所: 青森県弘前市（弘前市立観光館）
  • 年月日: 2016-06-16
• [学会発表] マルチソースバッファを用いた積層チップのクロック分配方法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 新岡七奈子, 今井雅, 古見薫, 黒川敦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 VLSI設計技術研究会
  • 発表場所: 青森県弘前市（弘前市立観光館）
  • 年月日: 2016-06-16
• [学会発表] 積層チップの電源分配のモデリングと電圧降下の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古見薫, 深瀬政秋, 新岡七奈子, 黒川敦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 総合大会
  • 発表場所: 福岡県福岡市（九州大学 伊都キャンパス）
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] TSVベース3D-ICの垂直方向配線間結合容量の効率的な抽出方法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林徹哉, 新岡七奈子, 古見薫, 黒川敦
  • 学会等名: 情報処理学会 東北支部研究会
  • 発表場所: 青森県弘前市（弘前大学）
  • 年月日: 2016-02-19
• [学会発表] 3次元積層チップの熱解析と温度上昇抑制方法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古見薫, 新岡七奈子, 黒川敦
  • 学会等名: 情報処理学会 東北支部研究会
  • 発表場所: 青森県弘前市（弘前大学）
  • 年月日: 2016-02-19
• [学会発表] Clock skew reduction for stacked chips using multiple source buffers (2015)
  • 著者名/発表者名: Nanako Niioka, Masashi Imai, Masa-aki Fukase, Yuuki Miura, Kaoru Furumi, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: IEEE International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT)
  • 発表場所: 奈良県奈良市（奈良県新公会堂）
  • 年月日: 2015-10-09
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal analysis with varying physical parameters in 3D ICs (2015)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Furumi, Masa-aki Fukase, Masashi Imai, Yuuki Miura, Nanako Niioka, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: 電気学会 電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 長崎県長崎市（長崎大学）
  • 年月日: 2015-08-26
• [学会発表] 三次元集積回路の伝搬遅延とクロストークノイズのモデリング (2015)
  • 著者名/発表者名: 新岡七奈子, 深瀬政秋, 今井雅, 古見薫, 三浦祐輝, 黒川敦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 兵庫県淡路市（淡路夢舞台国際会議場）
  • 年月日: 2015-08-03
• [学会発表] ウィンドウベースL 逆行列によるTSV 間容量抽出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林徹哉, 今井雅, 深瀬政秋, 新岡七奈子, 黒川敦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 総合大会 講演論文集
  • 発表場所: 滋賀県草津市（立命館大学）
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] An effective model for evaluating vertical propagation delay in TSV-based 3-D ICs (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Watanabe, Nanako Niioka, Tetsuya Kobayashi, Rosely Karel, Masa-aki Fukase, Masashi Imai, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: Proc. of the International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED)
  • 発表場所: サンタクララ、CA、USA
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] Modeling of substrate contacts in TSV-based 3D ICs (2014)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Watanabe, Masa-aki Fukase, Masashi Imai, Nanako Niioka, Tetsuya Kobayashi, Rosely Karel, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: Proc. of the IEEE International Conference on 3D System Integration (3DIC)
  • 発表場所: キンセール、アイルランド
  • 年月日: 2014-12-01
• [学会発表] Effect of substrate contacts on reducing crosstalk noise between TSVs (2014)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Watanabe, Rosely Karel, Nanako Niioka, Tetsuya Kobayashi, Masa-aki Fukase, Masashi Imai, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: Proc. of the IEEE Asia Pacific Conference on Circuit and Systems (APCCAS)
  • 発表場所: 沖縄県石垣市
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] Impact of on-chip interconnects on vertical signal propagation in 3D ICs (2014)
  • 著者名/発表者名: Nanako Niioka, Masayuki Watanabe, Rosely Karel, Tetsuya Kobayashi, Masashi Imai, Masa-aki Fukase, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: Proc. of the IEEE Asia Pacific Conference on Circuit and Systems (APCCAS)
  • 発表場所: 沖縄県石垣市
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] インダクタンス逆行列を用いた三次元集積回路の貫通シリコンビア間結合容量抽出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林徹哉，新岡七奈子，深瀬政秋，黒川敦
  • 学会等名: 電気学会 電子・情報・システム部門大会 講演論文集
  • 発表場所: 島根県松江市（島根大学）
  • 年月日: 2014-09-03
• [学会発表] Substrate contact effect on TSV-to-TSV coupling (2014)
  • 著者名/発表者名: Rosely Karel, Masa-aki Fukase, Masashi Imai, Nanako Niioka, Tetsuya Kobayashi, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: Proc. Tohoku-Section Joint Convention of Institutes of Electrical and Information Engineers (IEEE Student Session)
  • 発表場所: 山形県米沢市(山形大学)
  • 年月日: 2014-08-21
• [学会発表] Modeling and analysis of vertical interconnects in 3D ICs (2014)
  • 著者名/発表者名: Nanako Niioka, Masashi Imai, Masa-aki Fukase, Rosely Karel, Tetsuya Kobayashi, and Atsushi Kurokawa
  • 学会等名: Proc. Tohoku-Section Joint Convention of Institutes of Electrical and Information Engineers (IEEE Student Session)
  • 発表場所: 山形県米沢市(山形大学)
  • 年月日: 2014-08-21