8月12日消息，臺(tái)積電、三星、英特爾等晶圓制造大廠都在積極布局背面供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（BSPDN），并將導(dǎo)入尖端的邏輯制程的開發(fā)藍(lán)圖。據(jù)韓國媒體 The Elec 報(bào)道，繼英特爾公布了其命名為“PowerVia”的背面供電技術(shù)將導(dǎo)入Intel 20A制程工藝之后，三星電子在此前日本VLSI研討會(huì)上也公布了其背面供電技術(shù)的研究結(jié)果，也將用于其2nm制程工藝。

過去多年來，芯片都是像披薩一樣由下而上，層層制造的。芯片制造從最小的元件——晶體管開始，然后還需要建立越來越小的線路層，用于連接晶體管與金屬層，這些線路被稱為信號(hào)互連線，當(dāng)中還包括給晶體管供電的電源線。當(dāng)芯片的裸片制造完成后，還需要把它翻轉(zhuǎn)并封裝起來。封裝主要是對(duì)裸片進(jìn)行保護(hù)，并提供了與外部的接口，使其真正成為一個(gè)商用化的芯片。

然而，隨著晶體管越來越小，密度越來越高，互連線和電源線共存的線路層變成了一個(gè)越來越混亂的網(wǎng)絡(luò)，堆棧層數(shù)也越來越多，可能需要穿過10 到 20 層堆棧才能為下方的晶體管提供供電和數(shù)據(jù)信號(hào)。

對(duì)此，領(lǐng)先的芯片制造商都在努力研究背面供電技術(shù)，即尋找將電源線遷移到芯片背面的方法，進(jìn)一步使得芯片正面只需要專注于與晶體管的信號(hào)互連。也就是說，晶圓的制造將會(huì)先制造正面的晶體管，然后添加互聯(lián)層，然后將晶圓反轉(zhuǎn)，并對(duì)背面進(jìn)行打磨減薄，在通過納米硅穿孔（TSV）技術(shù)在晶圓背面進(jìn)行制造供電網(wǎng)絡(luò)，并與埋入式的電源軌連接。

在2023年VLSI研討會(huì)上，英特爾就展示了制造和測(cè)試其背面供電解決方案PowerVia的過程，并公布已經(jīng)有良好性能的測(cè)試結(jié)果。據(jù)英特爾介紹，電源線原本可能占據(jù)芯片上面20%的空間，但是其PowerVia背面供電技術(shù)，使得這些原本在上面的電源線不再需要，這也意味著互連層可以變得更寬松一些。

根據(jù)英特爾的Blue Sky Creek的測(cè)試芯片（該芯片采用英特爾即將推出的PC處理器Meteor Lake中的P-Core性能核心），證明了PowerVia解決了舊的“披薩式”制造方法所造成的問題，即電源線和互連線可以分離開來，并做得線徑更大，以同時(shí)改善供電和信號(hào)傳輸。測(cè)試結(jié)果顯示，芯片大部分區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)單元利用率都超過90%，同時(shí)單元密度也大幅增加，并有望降低成本。測(cè)試還顯示，PowerVia將平臺(tái)電壓（platform voltage）降低了30%，并實(shí)現(xiàn)了6%的頻率增益（frequency benefit）。PowerVia測(cè)試芯片也展示了良好的散熱特性，符合邏輯微縮預(yù)期將實(shí)現(xiàn)的更高功率密度。

而根據(jù)最新的報(bào)道顯示，在今年6月底的日本 VLSI 研討會(huì)上，三星電子發(fā)表的一篇論文稱，與傳統(tǒng)的前端 PDN （前端供電網(wǎng)絡(luò)）相比，其所研發(fā)的背面供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使其未公開的處理器面積縮小了14.8%。同時(shí)，該論文還特別強(qiáng)調(diào)了兩個(gè)基于Arm架構(gòu)的處理器，在采用了BSPDN技術(shù)之后，他們觀察到的芯片面積分別減少了10.6% 和 19%，這也意味著成本和功耗的降低。同時(shí)也意味著，如果芯片面積保持不變的情況下，芯片內(nèi)部的晶體管數(shù)量可以增加10% 到19%，性能也有望提升10%到19%。

▲ 三星 BSPDN 研究成果（來源：三星）

三星在其論文中還提到，其背面供電 技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)在于，使得布線長度減少了9.2%。背面供電技術(shù)通常支持更粗的電線和更低的電阻，因此可以驅(qū)動(dòng)更高的電流以獲得更高的性能或降低功耗，布線長度的進(jìn)一步減少也將帶來額外的性能優(yōu)勢(shì)。

另有市場(chǎng)消息稱，臺(tái)積電將會(huì)在 2025 年量產(chǎn)2nm（N2）制程，并計(jì)劃 2026 年推出 N2P 制程，這個(gè)制程也將會(huì)采用背面供電技術(shù)。

編輯：芯智訊-浪客劍