英特爾PowerVia技術(shù)率先實(shí)現(xiàn)芯片背面供電，突破互連瓶頸

英特爾宣布在業(yè)內(nèi)率先在產(chǎn)品級(jí)測試芯片上實(shí)現(xiàn)背面供電（backside power delivery）技術(shù)，滿足邁向下一個(gè)計(jì)算時(shí)代的性能需求。作為英特爾業(yè)界領(lǐng)先的背面供電解決方案，PowerVia將于2024年上半年在Intel 20A制程節(jié)點(diǎn)上推出。通過將電源線移至晶圓背面，PowerVia解決了芯片單位面積微縮中日益嚴(yán)重的互連瓶頸問題。 

英特爾技術(shù)開發(fā)副總裁Ben Sell表示：“英特爾正在積極推進(jìn)‘四年五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)’計(jì)劃，并致力于在2030年實(shí)現(xiàn)在單個(gè)封裝中集成一萬億個(gè)晶體管，PowerVia對(duì)這兩大目標(biāo)而言都是重要里程碑。通過采用已試驗(yàn)性生產(chǎn)的制程節(jié)點(diǎn)及其測試芯片，英特爾降低了將背面供電用于先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，使得我們能領(lǐng)先競爭對(duì)手一個(gè)制程節(jié)點(diǎn)，將背面供電技術(shù)推向市場?！?/p>

研發(fā)代號(hào)為“Blue Sky Creek”的測試芯片。產(chǎn)品測試幫助英特爾完善了PowerVia背面供電技術(shù)。PowerVia預(yù)計(jì)將于2024年隨Intel 20A制程節(jié)點(diǎn)推出，是業(yè)界首次實(shí)現(xiàn)芯片背面供電，解決了數(shù)十年來的互連瓶頸問題。（圖片來源：英特爾公司）

英特爾將PowerVia技術(shù)和晶體管的研發(fā)分開進(jìn)行，以確保PowerVia可以被妥善地用于Intel 20A和Intel 18A制程芯片的生產(chǎn)中。在與同樣將與Intel 20A制程節(jié)點(diǎn)一同推出的RibbonFET晶體管集成之前，PowerVia在其內(nèi)部測試節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行了測試，以不斷調(diào)試并確保其功能良好。經(jīng)在測試芯片上采用并測試PowerVia，英特爾證實(shí)了這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)能顯著提高芯片的使用效率，單元利用率（cell utilization）超過90%，并有助于實(shí)現(xiàn)晶體管的大幅微縮，讓芯片設(shè)計(jì)公司能夠提升產(chǎn)品性能和能效。

英特爾將在于6月11日至16日在日本京都舉行的VLSI研討會(huì)上通過兩篇論文展示相關(guān)研究成果。

作為大幅領(lǐng)先競爭對(duì)手的背面供電解決方案，PowerVia讓包含英特爾代工服務(wù)（IFS）客戶在內(nèi)的芯片設(shè)計(jì)公司能更快地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品能效和性能的提升。長期以來，英特爾始終致力于推出對(duì)行業(yè)具有關(guān)鍵意義的創(chuàng)新技術(shù)，如應(yīng)變硅（strained silicon）、高K金屬柵極（Hi-K metal gate）和FinFET晶體管，以繼續(xù)推進(jìn)摩爾定律。隨著PowerVia和RibbonFET全環(huán)繞柵極技術(shù)在2024年的推出，英特爾在芯片設(shè)計(jì)和制程技術(shù)創(chuàng)新方面將繼續(xù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

通過率先推出PowerVia技術(shù)，英特爾可幫助芯片設(shè)計(jì)公司突破日益嚴(yán)重的互連瓶頸。越來越多的使用場景，包括AI或圖形計(jì)算，都需要尺寸更小、密度更高、性能更強(qiáng)的晶體管來滿足不斷增長的算力需求。從數(shù)十年前到現(xiàn)在，晶體管架構(gòu)中的電源線和信號(hào)線一直都在“搶占”晶圓內(nèi)的同一塊空間。通過在結(jié)構(gòu)上將這兩者的布線分開，可提高芯片性能和能效，為客戶提供更好的產(chǎn)品。背面供電對(duì)晶體管微縮而言至關(guān)重要，可使芯片設(shè)計(jì)公司在不犧牲資源的同時(shí)提高晶體管密度，進(jìn)而顯著地提高功率和性能。 

圖片來源：英特爾公司 

此外，Intel 20A和Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)將同時(shí)采用PowerVia背面供電技術(shù)和RibbonFET全環(huán)繞柵極技術(shù)。作為一種向晶體管供電的全新方式，背面供電技術(shù)也帶來了散熱和調(diào)試設(shè)計(jì)方面的全新挑戰(zhàn)。 

通過將PowerVia與RibbonFET這兩項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)分開進(jìn)行，英特爾能夠迅速應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，確保能在基于Intel 20A和Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)的芯片中實(shí)現(xiàn)PowerVia技術(shù)。英特爾開發(fā)了散熱技術(shù)，以避免過熱問題的出現(xiàn)，同時(shí)，調(diào)試團(tuán)隊(duì)也開發(fā)了新技術(shù)，確保這種新的晶體管設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在調(diào)試中出現(xiàn)的各種問題都能得到適當(dāng)解決。因此，在集成到RibbonFET晶體管架構(gòu)之前，PowerVia就已在測試中達(dá)到了相當(dāng)高的良率和可靠性指標(biāo)，證明了這一技術(shù)的預(yù)期價(jià)值。 

PowerVia的測試也利用了極紫外光刻技術(shù)（EUV）帶來的設(shè)計(jì)規(guī)則。在測試結(jié)果中，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，可望降低成本。測試還顯示，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。 

接下來，在將于VLSI研討會(huì)上發(fā)表的第三篇論文中，英特爾技術(shù)專家Mauro Kobrinsky還將闡述英特爾對(duì)PowerVia更先進(jìn)部署方法的研究成果，如同時(shí)在晶圓正面和背面實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸和供電。 

英特爾領(lǐng)先業(yè)界為客戶提供PowerVia背面供電技術(shù)，并將在未來繼續(xù)推進(jìn)相關(guān)創(chuàng)新，延續(xù)了其率先將半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)推向市場的悠久歷史。