In this research, a fast and accurate crosstalk-included eye-diagram estimation method considering Data Bus Inversion (DBI) function in High Bandwidth Memory (HBM) channel is proposed. HBM has 1024 I/Os to achieve TB/s data transmission, however, HBM can be suffered from the significant crosstalk effects. The proposed estimation method includes crosstalk effects from adjacent channels which can considerably degrade the transmitted signal. This method enables to estimate worst and statistical eye-diagrams in a short time with high accuracy. While PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) simulation has been used for accurate estimation of the channel characteristics, it requires substantial amount of computational time and resources. Therefore, in order to reduce the eye-diagram estimation time, superposition and convolution of the 8 boundary responses of the channel is used. The proposed method is verified by time-domain simulations and measurements at data rates of up to 4 Gbps. According to the estimated crosstalk-included eye-diagrams, the proposed method reduces simulation time over 99% and shows a high accuracy of approximately 93%. In addition, the proposed method can consider Data Bus Inversion (DBI) function, which is used in HBM to reduce crosstalk effects. DBI function inverts the bit transition if the number of transition in a Byte, 8 bit channels, is more than 4. Then, the worst crosstalk effects will be reduced by 4. The proposed method reduces 77% simulation time and shows more than 92% accuracy in time-domain simulation results. Since the proposed method is based on the superposition and convolution of 8 boundary responses, it can be applied to various coupled channels. Thus, the proposed method is applied and compared the Single-ended/Differential Signaling and Silicon/Organic/Glass interposer. As a result, the proposed crosstalk-included eye-diagram estimation method considering DBI function can be used widely for high-speed and wide I/O interposer channel on 2.5D and 3D IC.
본 연구는 고대역폭 메모리 채널의 데이터 버스 반전 기능을 고려한 빠르고 정확한 누화 포함 아이 다이어그램 예측 방법을 제안 하였다. 고대역폭 메모리는 1024 개의 I/O를 통해 초당 테라바이트 단위의 데이터 전송을 할 수 있게 되었지만 이로 인해 고대역폭 메모리는 심각한 누화 현상의 영향을 받게 되었다. 본 연구에서 제안된 예측 방식은 전송된 신호를 심각하게 저하시킬 수 있는 인접한 채널의 누화 현상을 포함 한다. 이 방식은 짧은 시간에 높은 정확도를 갖는 최악의 아이 다이어그램과 통계적 아이 다이어그램을 예측한다. 기존에 채널 특성을 정확하게 예측 하기 위해서 유사 랜덤 바이너리 신호가 쓰였지만, 이는 방대한 양의 계산 시간과 자원을 필요로 한다. 따라서 아이 다이어그램 예측 시간을 줄이기 위해, 채널의 8 가지 경계 응답이 중첩 되거나 컨벌루션 되었다. 제안된 방식은 초당 4 기가 비트 데이터 전송 속도에서 시간 영역 시뮬레이션과 측정을 통해 검증 되었다. 제안된 방식을 통해 예측된 누화 포함 아이 다이어그램을 비교 했을 때, 시뮬레이션 시간은 99% 단축 되었고, 93%의 정확도를 보였다. 또한, 제안 하는 예측 방법은 고대역폭 메모리 채널에서 누화 현상을 줄이기 위해 쓰이는 버스 반전 기능을 고려하여 아이 다이어그램을 예측 할 수 있다. 버스 반전 기능은 1 바이트 (8 비트) 채널에서 4개 이상의 신호 전이가 있을 경우 데이터를 반전 시킨다. 이로 인해 최악의 누화 효과를 4개 이하로 줄일 수 있다. 시간 영역 시뮬레이션 결과를 통해 시뮬레이션 시간은 77% 줄어들었고, 92%의 정확도를 갖는 것을 확인 하였다. 제안된 방식은 8가지 경계 응답의 중첩 혹은 컨벌루션을 기반으로 하기 때문에 다양한 누화 포함 채널에 적용 가능 하다. 단일 신호선, 차등 신호선, 실리콘/유기물/유리 인터포저 등에 제안된 방식을 적용 하여 그 특성을 비교 하였다. 결과적으로, 제안된 버스 반전 기능을 고려한 누화 포함 아이 다이어그램 예측 방식은 다양한 2.5차원 혹은 3차원 집적 회로의 고속 및 다수의 I/O 인터포저 채널에 적용 수 있다.
