(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111235035.X (22)申请日 2021.10.2 2 (71)申请人 西安紫光国芯半导体有限公司 地址 710075 陕西省西安市高新区丈 八街 办高新六路38号A座 4楼 (72)发明人 周小锋　 (74)专利代理 机构 北京北翔 知识产权代理有限 公司 11285 代理人 关丽丽　郑建晖 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 115/06(2020.01) (54)发明名称 三维集成芯片及其构建方法、 数据处理方法 以及电子设备 (57)摘要 本发明涉及通过三维集成技术来实现神经 网络系统， 为神经网络系统的众多神经网络计算 核提供大容量、 高带宽、 低延迟、 低功耗的存储 器， 有效提升了神经网络系统的性能且降低了神 经网络系统的成本 。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 113971370 A 2022.01.25 CN 113971370 A 1.一种三维集成芯片， 其特征在于， 所述三维集成芯片至少包括存储器单元以及神经 网络单元， 所述存储器单元包括至少两个存储阵列， 所述至少两个存储阵列各自具有对应的第 一 三维集成端口； 所述神经网络单元包括至少两个神经网络子单元， 所述至少两个神经网络子单元各自 至少包括第二 三维集成端口、 至少一个路由单 元和至少一个神经网络计算核， 其中： 所述第二三维集成端口与对应的所述第 一三维集成端口连接， 进而将所述存储器单元 与所述神经网络单 元三维基质集成连接； 所述至少一个路由单元被配置为将所述至少两个神经网络子单元连接， 其中， 源神经 网络子单元中的路由单元被配置为基于从所述源神经网络子单元中的神经网络计算核所 接收的访问指 令中的目标访问地址， 至少通过所述源神经网络子单元中的路由单元以及目 标神经网络子单元中的路由单元的连接， 实现所述源神经网络子单元中的神经网络计算核 对相应目标访问地址的访问； 所述至少一个神经网络计算核被配置为对所述至少两个存储阵列或所述目标访问地 址进行访问， 并且利用访问的数据实现对应的神经网络计算功能。 2.根据权利要求1所述的三维集成芯片， 其特征在于， 所述目标访问地址为目标神经网 络子单元中的神经网络计算核的地址， 其中 所述源神经网络子单元中的路由单元被配置为基于从所述源神经网络子单元中的神 经网络计算核所接 收的访问指令中的所述目标神经网络子单元中的神经网络计算核的地 址， 至少通过所述源神经网络子单元中的路由单元以及目标神经网络子单元中的路由单元 的连接， 实现所述源神经网络子单元中的神经网络计算核对所述目标神经网络子单元中的 神经网络计算核的访问。 3.根据权利要求1或2所述的三维集成芯片， 其特征在于， 所述目标访 问地址为目标存 储阵列的地址， 其中， 所述源神经网络子单元中的路由单元被配置为基于从所述源神经网络子单元中的神 经网络计算核 所接收的访问指 令中的所述目标存储阵列的地址， 至少通过所述源神经网络 子单元中的路由单元、 所述 目标存储阵列所对应的神经网络子单元中的路由单元、 所述 目 标存储阵列所对应的神经网络子单元中的第二三维集成端口与所述目标存储阵列的第一 三维集成端口的连接， 实现所述源神经网络子单元中的神经网络计算核对 所述目标存储阵 列的访问。 4.根据权利要求1或2所述的三维集成芯片， 其特征在于， 所述至少两个神经网络子单 元各自进一步包括内存控制器， 所述内存控制器与所述至少一个神经网络计算核连接且与 所述第二三 维集成端口连接， 所述内存控制器基于从所述至少一个神经网络计算核所接收 的访问指令中的目标存储阵列的地址， 在未通过所述至少一个路由单元 的情况下， 通过所 述第二三维集成端口和所述第一三维集成端口的连接而控制所述至少一个神经网络计算 核对所述目标存 储阵列进行存 储访问。 5.根据权利要求4所述的三维集成芯片， 其特征在于， 所述至少两个神经网络子单元各 自进一步包括多路选择开关， 所述多路选择开关与所述至少一个路由单元以及所述内存控 制器连接， 所述多路选择开关被配置为选择性地将所述神经网络计算核与所述至少一个路权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113971370 A 2由单元连接， 以实现对所述 目标访问地址进行访问， 或者将所述神经网络计算核与所述内 存控制器连接， 以实现对所述目标存 储阵列的访问。 6.根据权利要求1或2所述的三维集成芯片， 其特 征在于， 所述神经网络 子单元还包括： 缓存模块， 所述缓存模块被配置用于在所述神经网络单元对所述存储器单元进行存储 访问时， 将所述神经网络单元的工作电压转换成所述存储器单元的工作电压或者将所述存 储器单元的工作电压转换成所述神经网络单 元的工作电压 。 7.根据权利要求1或2所述的三维集成芯片， 其特征在于， 所述至少两个神经网络子单 元通过所述至少一个路由单 元被连接成总线型、 星型、 环型、 树型、 网状和混合型拓扑 结构。 8.根据权利要求1或2所述的三维集成芯片， 其特征在于， 所述存储阵列为动态随机存 取存储器阵列。 9.一种三维集成芯片的构建方法， 其特征在于， 所述三维集成芯片至少包括存储器单 元以及神经网络单 元， 所述构建方法包括： 构建所述存储器单元， 所述存储器单元包括至少两个存储阵列和至少两个第 一三维集 成端口， 其中： 所述存储阵列包括至少一个存 储体； 每个存储体对应一个第一 三维集成端口； 构建所述神经网络单元， 所述神经网络单元包括至少两个神经网络子单元， 所述神经 网络子单元至少包括第二三维集成端口、 至少一个神经网络计算核和至少一个路由器， 其 中： 所述第二 三维集成端口与所述至少一个第一 三维集成端口连接； 所述神经网络计算核被配置为对所述至少一个存储体进行访问， 并且利用访问的数据 实现对应的神经网络计算功能； 所述路由单元被配置为将所述至少两个神经网络子单元连接， 其中， 源神经网络子单 元中的路由单元被配置为基于从所述源神经网络子单元中的神经网络计算核所接 收的访 问指令中的目标访问地址， 至少通过所述源神经网络子单元中的路由单元以及目标神经网 络子单元中的路由单元的连接， 实现所述源神经网络子单元中的神经网络计算核对相应目 标访问地址的访问。 10.一种三维集成芯片的数据处理方法， 其特征在于， 所述数据处理方法基于权利要求 1‑8中的任一项所述的三维集成芯片， 所述方法包括： 源神经网络 子单元中的神经网络计算核接收访问指令； 基于所述访问指令， 通过所述源神经网络子单元中的路由单元以及目标神经网络子单 元中的路由单元实现所述源神经网络子单元中的神经网络计算核对相 应目标访问地址的 访问； 利用访问的数据实现对应的神经网络计算功能。 11.一种电子设备， 其特征在于， 所述电子设备包括根据权利要求1 ‑8中的任一项所述 的三维集成芯片。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113971370 A 3