Задняя подача мощности

Backside Power Delivery (BPD) — это передовая полупроводниковая технология , которая перемещает сеть подачи питания с передней на заднюю сторону кремниевой пластины . Этот метод направлен на повышение энергоэффективности , производительности и гибкости конструкции интегральных схем (ИС).

Обзор

Традиционно силовые и сигнальные соединения располагаются на передней стороне кремниевой пластины. BPD разделяет эти функции, размещая межсоединения подачи питания на задней стороне пластины, тем самым освобождая больше места для сигнальных межсоединений на передней стороне. Такое разделение может привести к улучшению целостности электропитания, уменьшению помех сигнала и повышению производительности.

Разработка и внедрение

Технология Intel PowerVia

Intel стала пионером в области BPD со своей технологией PowerVia , которую планируется внедрить в технологическом узле 20 А в 2024 году. PowerVia продемонстрировала значительные преимущества, включая увеличение рабочей частоты на 6%, снижение потерь мощности на 30% и более компактную конструкцию с улучшенная плотность. ^{[ 1 ]}

PowerVia предполагает создание транзисторов на передней стороне кремниевой пластины и разводку силовых межсоединений на обратной стороне. Этот процесс требует сверления глубоких узких сквозных кремниевых отверстий (TSV) для подключения силовых межсоединений к транзисторам. Intel разработала методы, гарантирующие, что эти TSV не поставят под угрозу надежность или управление температурой чипа. ^{[ 1 ]} Тестовый чип Intel Blue Sky Creek продемонстрировал преимущества этого подхода, показав более 90% использования ячеек и потенциальное снижение затрат. ^{[ 2 ]}

Узлы TSMC N2 и A16

Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) исследовала BPD и первоначально планировала внедрить его в свой технологический узел N2P. Однако TSMC решила отложить внедрение BPD из соображений стоимости и сложности. Вместо этого они сосредоточатся на других усовершенствованиях, таких как технология NanoFlex, которая позволяет добиться большей оптимизации производительности, мощности и площади (PPA) за счет гибкой конструкции ячеек. ^{[ 3 ]}

Технологический узел TSMC A16, дебют которого запланирован на 2025 год, объединяет архитектуру Super PowerRail и нанолистовые транзисторы. Эта комбинация направлена на повышение эффективности вычислений и снижение энергопотребления. Процесс A16 разработан для уменьшения падения ИК-излучения , упрощения распределения питания и обеспечения более плотной упаковки чипов. TSMC утверждает, что A16 может обеспечить на 10% более высокую тактовую частоту или снижение энергопотребления на 15–20% по сравнению с узлом N2P, а также увеличить плотность чипа до 10%. ^{[ 2 ]}

Технические преимущества

Улучшенная целостность электропитания

Перемещая сеть подачи питания назад, BPD уменьшает падение напряжения, испытываемое транзисторами. Это связано с тем, что силовые межсоединения можно сделать крупнее и с меньшим сопротивлением, обеспечивая более стабильный источник питания. Эта стабильность позволяет транзисторам работать на более высоких частотах с меньшим риском ухудшения производительности. ^{[ 1 ]}

Улучшенная маршрутизация сигналов

Благодаря перемещению силовых межсоединений на передней панели появилось больше места для маршрутизации сигналов. Это уменьшает перегрузку и паразитную емкость , что приводит к более быстрой и эффективной передаче сигнала. Уменьшение перегрузки сигнала позволяет обеспечить более плотную упаковку логических ячеек, что еще больше повышает производительность и эффективность микросхемы. ^{[ 1 ]}

Управление температурным режимом

BPD представляет новые проблемы и возможности для управления температурным режимом . Перемещение силовых межсоединений может привести к повышению тепловой плотности, что потребует инновационных решений для охлаждения. Тем не менее, это также обеспечивает более эффективные пути рассеивания тепла, потенциально улучшая общие тепловые характеристики при правильном управлении. ^{[ 4 ]}

Проблемы

Сложность дизайна

Внедрение BPD требует значительных изменений в традиционных методологиях проектирования. Инженеры должны адаптироваться к новым правилам проектирования и инструментам, учитывающим обратную маршрутизацию мощности. Это включает в себя обеспечение надлежащего управления температурным режимом и механическими нагрузками, поскольку они могут повлиять на надежность и производительность ИС. ^{[ 4 ]}

Производственные затраты

Процесс создания чипов с поддержкой BPD включает в себя дополнительные этапы, такие как создание TSV и обработка пластин с межсоединениями с обеих сторон. Эти шаги могут увеличить производственные затраты , хотя такие компании, как Intel, разработали методы, позволяющие компенсировать эти затраты за счет оптимизации других аспектов процесса проектирования чипов. ^{[ 1 ]}

Будущие перспективы

Intel планирует интегрировать BPD со своими транзисторами RibbonFET в будущих технологических узлах, планируя производственную готовность в первой половине 2024 года. TSMC, хотя и откладывает BPD в своем узле N2P из-за стоимости и сложности, к 2025 году представит его в узле A16. Samsung намерена применить BPD к своему 1,4-нанометровому процессу к 2027 году, сосредоточив внимание на сокращении потребления площади пластин и улучшении передачи энергии.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Intel делает ставку на внутреннюю подачу питания — IEEE Spectrum» . ИИЭЭ . Проверено 27 мая 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б «[Новости] Подготовка к передаче обратной энергии: горячая технологическая война между TSMC, Intel и Samsung» . TrendForce Insights . Проверено 27 мая 2024 г.
^ Шилов, Антон. «2-нм обновление TSMC: N2. В 2025 году N2P теряет внутреннюю мощность, а NanoFlex обеспечивает оптимальные элементы» . www.anandtech.com . Проверено 27 мая 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б Хейман, Карен (14 марта 2024 г.). «Задняя подача электроэнергии добавляет новые проблемы с температурой» . Полупроводниковая техника . Проверено 27 мая 2024 г.

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Intel делает ставку на внутреннюю подачу питания — IEEE Spectrum» . ИИЭЭ . Проверено 27 мая 2024 г.

[:3-2] Jump up to: ^а ^б «[Новости] Подготовка к передаче обратной энергии: горячая технологическая война между TSMC, Intel и Samsung» . TrendForce Insights . Проверено 27 мая 2024 г.

[:1-3] Шилов, Антон. «2-нм обновление TSMC: N2. В 2025 году N2P теряет внутреннюю мощность, а NanoFlex обеспечивает оптимальные элементы» . www.anandtech.com . Проверено 27 мая 2024 г.

[:2-4] Jump up to: ^а ^б Хейман, Карен (14 марта 2024 г.). «Задняя подача электроэнергии добавляет новые проблемы с температурой» . Полупроводниковая техника . Проверено 27 мая 2024 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]