Insatiable increase of power consumption of high performance computing, various types of workloads, and lowering supply voltage require a stable and rapidly responding power supply. Integrated voltage regulators (IVR) are considered and studied as a promising solution for the fine grain power supply. In this paper, we introduce an IVR on active interposer for high performance 2.5D/3D ICs and analyze the proposed IVR by comparison with off-chip and on-chip voltage regulators (VRs). The efficiency, transient response and power noise suppression effects of each VR are evaluated. By optimal design of 2-stage VR, the IVR scheme shows higher efficiency. As closer distance from VR to load, improved transient response and power noise suppression can be achieved. In addition, due to the integration of voltage regulator circuit on active interposer, the effective footprint of module with the proposed IVR is the smallest.
본 연구에서는, 2.5차원 및 3차원 집적회로에 고효율의 고속 응답성을 가지는 안정된 전력을 공급하기 위하여 액티브 인터포저 상의 집적 전압 조정기 (IVR) 를 제안하였다. 기존의 인터포저 기반 2.5차원/3차원 집적 회로 구조에 제안한 IVR 을 설계하기 위해 액티브 인터포저에 추가 층을 삽입하고 패키지의 볼 구조의 분석을 함으로써, 설계 타당성을 확보하였다. 또한 제안한 IVR은 기존의 오프칩과 온칩 전압 조정기와 전력효율, 응답 속도, 전력 노이즈의 관점에서 비교, 분석하였다. 분석 결과, 제안한 IVR은 현대의 산발적인 워크로드가 요구하는 전력 응답성을 만족한다. 또한 제안한 IVR은 분산 구조를 통해 입출력 인터페이스를 외부 전력 노이즈로부터 차단 할 수 있다. 따라서 제안한 IVR은 기존의 전압 조정기 대비 효율, 응답성, 전력 노이즈, 시스템 비용, 그리고 폼 팩터 관점에서 장점이 있다. 제안한 집적 전압 조정기는 인터포저 기반 2.5D IC 구조에서 최적의 위치에 설계됨으로써, 차세대 고성능 시스템 의 필수적인 전력 공급원이 될 수 있다.
