英特爾PowerVia背面供電技術(shù)將提升6%運(yùn)算頻率

8月7日消息，處理器大廠英特爾日前介紹了其PowerVia背面供電技術(shù)，并指出Intel 20A將是旗下首個(gè)采用PowerVia背面供電技術(shù)及RibbonFET全環(huán)繞柵極晶體管技術(shù)的節(jié)點(diǎn)制程，預(yù)計(jì)將于2024年上半年達(dá)到生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒的階段，將應(yīng)用于未來(lái)量產(chǎn)消費(fèi)性的ARL處理器平臺(tái)，而目前正在晶圓廠啟動(dòng)First Stepping的前期階段。

英特爾指出，接下來(lái)的Intel 18A也正在進(jìn)行內(nèi)部和外部測(cè)試，有望在2024年下半年達(dá)成生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒。目前，Arm已經(jīng)和英特爾代工服務(wù)（IFS）簽署了有關(guān)多世代的先進(jìn)系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)的協(xié)議，使芯片設(shè)計(jì)公司能夠利用Intel 18A級(jí)點(diǎn)制程開(kāi)發(fā)低功耗計(jì)算系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）。

值得注意的是，不久前，英特爾就已經(jīng)宣布，將采用Intel 18A制程為瑞典電信設(shè)備商愛(ài)立信打造定制化5G系統(tǒng)級(jí)芯片。

說(shuō)到英特爾開(kāi)發(fā)PowerVia背面供電技術(shù)的背景，就不得不從芯片的發(fā)展來(lái)談起。因?yàn)橐恢币詠?lái)，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(kāi)始，然后逐步建立越來(lái)越小的線路層，用于連接晶體管和芯片的各個(gè)部分。這些線路被稱(chēng)為互連線，當(dāng)中還包括給芯片供電的電源線。芯片完成后，把它翻轉(zhuǎn)并封裝起來(lái)。封裝提供了與外部的接口，然后真正成為一個(gè)商用化的系統(tǒng)級(jí)芯片。

然而，這種方法遇到了各種問(wèn)題。隨著晶體管越來(lái)越小，密度越來(lái)越高，互連線和電源線共存的線路層變成了一個(gè)越來(lái)越混亂的網(wǎng)絡(luò)，成為提升芯片整體性能的障礙。對(duì)此，曾參與開(kāi)發(fā)PowerVia技術(shù)的英特爾技術(shù)開(kāi)發(fā)副總裁Ben Sell就表示，這個(gè)問(wèn)題之前不受重視，但現(xiàn)在產(chǎn)生了巨大的影響。原因是芯片中的功率和信號(hào)會(huì)衰減，需要變通的辦法。

對(duì)此，英特爾和領(lǐng)先的芯片制造商都在努力研究背面供電技術(shù)，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(zhuān)注于建晶體與元器件的互連。所以，在2023年VLSI研討會(huì)上，英特爾展示了制造和測(cè)試其背面供電解決方案PowerVia的過(guò)程，并公布已經(jīng)有良好性能的測(cè)試結(jié)果。

Ben Sell指出，告別披薩式的制造方式，芯片制造第一次關(guān)系到上下兩個(gè)面。上面與過(guò)去芯片生產(chǎn)一樣，而下面是PowerVia背面供電技術(shù)應(yīng)用空間。首先在上面制造晶體管，然后添加互連層。但是，接下來(lái)就是一個(gè)有趣的階段，那就是翻轉(zhuǎn)晶圓并進(jìn)行打磨，露出上面連接電源線的底層。這時(shí)，打磨后，讓原本厚度以微米計(jì)算的芯片底層，留下了非常直接的路徑給PowerVia背面供電技術(shù)來(lái)使用。

Ben Sell證實(shí)，這種方法的好處是多方面的，超過(guò)了新制程技術(shù)更高的復(fù)雜性所帶來(lái)的不利影響。例如，電源線可能占據(jù)芯片上面空間的20%。因此，隨著這些電源線的消失，互連層可以寬松一些。而為了證明這種方法，英特爾團(tuán)隊(duì)制作了稱(chēng)為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，其測(cè)試芯片證明PowerVia解決了披薩式舊方法造成的問(wèn)題。也就是電源線和互連線可以分離開(kāi)來(lái)，并做得線徑更大，以同時(shí)改善供電和信號(hào)傳輸。

這結(jié)果對(duì)普通電腦用戶來(lái)說(shuō)，代表著降低能效和提高速度。在降低功耗的情況下能更快的完成工作，再次延續(xù)摩爾定律的發(fā)展。Ben Sell強(qiáng)調(diào)，使用PowerVia技術(shù)的英特爾性能核心達(dá)到了6%的頻率提升和超過(guò)90%的標(biāo)準(zhǔn)單元利用率。這樣的結(jié)果對(duì)于僅僅是將電源線遷移來(lái)說(shuō)，這是龐大的頻率提升。

目前，測(cè)試芯片是采用第一層和最底層晶體管。未來(lái)，在許多晶體管被夾在芯片中間的情況下，還有許多新技術(shù)都必須再重新開(kāi)發(fā)。另外，為了PowerVia背后供電技術(shù)的開(kāi)發(fā)，英特爾采用了前一代Intel 4節(jié)點(diǎn)制程，應(yīng)用經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的晶體管，并采用了為Intel 20A規(guī)劃的電源和互連設(shè)計(jì)，以準(zhǔn)備在Intel 20A制程技術(shù)量產(chǎn)時(shí)使用。

編輯：芯智訊-林子