[发明专利]基于三维印录存储器的可编程门阵列

说明书

本发明提出一种基于三维印录存储器（3D‑P）的可编程门阵列。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多个3D‑P阵列，这些3D‑P阵列存储一基本数学函数库的查找表（LUT）。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更确切地说，涉及可编程门阵列。

背景技术

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（configurable logic element，或configurable logic block）和可编程连接（configurable interconnect，或programmable interconnect）。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数学函数的计算。复杂数学函数的例子包括超越函数，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数学函数。在现有的可编程门阵列中，复杂数学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（hard block）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，本发明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数学函数中的任何一种。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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，本发明提出一种基于三维印录存储器（three-dimensional printed memory，简称为3D-P）的可编程门阵列。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多个3D-P阵列，这些3D-P阵列存储一基本数学函数库的查找表（LUT）。每个计算单元还含有多个可编程连接。通过这些可编程连接可以从相应的LUT中查出所需函数的值。在本发明中，复杂数学函数是指算术加（+）和算术减（-）以外的数学函数，包括指数、对数、三角函数等。

对于高性能可编程计算单元来说，3D-P尤其适合存储LUT。3D-P是三维存储器（3D-M）的一种，其存储的信息是在工厂生产过程中采用采用印刷方式录入的（印录法，如光刻、纳米压印等手段）录入的。这些信息永久固定，出厂后不能改变。由于3D-P存储元不需要实现电编程，它可以比三维可写存储器（three-dimensional writable memory，简称为3D-W）承受更大的读电压和读电流。因此，3D-P的读速度远快于3D-W。

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。在实现过程中，复杂数学函数首先被分解为多个基本数学函数。然后针对每个基本数学函数设置对应的可编程计算单元，使其实现相应的基本数学函数。最后，通过设置可编程逻辑单元和可编程连接，实现所需的复杂数学函数。