IT之家 8 月 3 日消息，英特爾今日發文介紹了 PowerVia 背面供電技術，該技術可幫助實現降低功耗、提升效率和性能，滿足不斷增長的算力需求。此外，背面供電技術提高了設計的簡易性。
IT之家附英特爾 PowerVia 背面供電技術官方介紹：
(資料圖)
Intel 20A 將是英特爾首個采用 PowerVia 背面供電技術及 RibbonFET 全環繞柵極晶體管的節點，預計將于 2024 年上半年實現生產準備就緒，應用于未來量產的客戶端 ARL 平臺，目前正在晶圓廠啟動步進（First Stepping）。
接下來的 Intel 18A 也正在推進內部和外部測試芯片，有望在 2024 年下半年實現生產準備就緒。目前，Arm 已經和英特爾代工服務簽署了涉及多代前沿系統芯片設計的協議，使芯片設計公司能夠利用 Intel 18A 開發低功耗計算系統級芯片（SoC）；英特爾也將采用 Intel 18A 為瑞典電信設備商愛立信打造定制化 5G 系統級芯片。
英特爾開發 PowerVia 背面供電技術的背景
一直以來，計算機芯片都是像披薩一樣自下而上，層層制造的。芯片制造從最小的元件晶體管開始，然后逐步建立越來越小的線路層，用于連接晶體管和芯片的各個部分，這些線路被稱為互連線。線路層中還包括給芯片供電的電源線。芯片完成后，把它翻轉并封裝起來。封裝提供了與外部的接口，然后就可以把它放進計算機了。
這種方法遇到了各種問題。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越來越混亂的網絡，成為提升芯片整體性能的障礙。
英特爾技術開發副總裁 Ben Sell 曾參與開發 PowerVia。他說，這個問題之前不受重視，但“現在產生了巨大的影響”。簡言之，功率和信號會衰減，需要變通的辦法。
英特爾 PowerVia 背面供電技術的原理
英特爾和領先的芯片制造商都在努力研究“背面供電”，尋找將電源線移動到芯片“背面”的方法，從而使芯片“正面”只專注于互連。
在 2023 年 VLSI 研討會上，英特爾展示了制造和測試其背面供電解決方案 PowerVia 的過程，并取得了良好的性能測試結果。
告別披薩式的制造方式，芯片制造第一次涉及兩個面。下面是 PowerVia 的原理：像以前一樣，首先制造晶體管，然后添加互連層。接下來是一個有趣的環節：翻轉晶圓并進行打磨，露出連接電源線的底層。
Sell 解釋說，打磨后，“現在只有很少的金屬層，都非常厚”。這里的“厚”指的是微米，留下了“非常直接的路徑給晶體管供電”。
PowerVia 背面供電技術的價值和優勢
Sell 證實，這種方法的好處是多方面的，超過了新工藝更高的復雜性帶來的不利影響。例如，電源線可能占據芯片正面空間的 20%。因此，隨著這些電源線的消失，互連層可以“寬松”一些。
好處不限于制造領域。為了證明這種方法，英特爾團隊制作了稱為 Blue Sky Creek 的測試芯片，該芯片基于英特爾即將推出的 PC 處理器 Meteor Lake 中的能效核 —— 證明 PowerVia 解決了披薩式舊方法造成的兩個問題。現在電源線和互連線可以分離開來并做得更粗，同時改善供電和信號傳輸。
對于普通計算機用戶來說，這意味著降低能效和提高速度。在降低功耗的情況下更快地完成工作，再次延續摩爾定律的承諾。正如第二篇論文總結的那樣，“使用 PowerVia 設計的英特爾能效核實現了 6% 的頻率增益和超過 90% 的標準單元利用率，調試時間與 Intel 4 一樣，在可接受的范圍內。” Sell 證實，對于僅僅移動電源線來說，這是“巨大”的頻率提升。
英特爾 PowerVia 背面供電技術的測試和驗證
目前，芯片測試技術是基于第一層和最底層晶體管的可訪問性。Sell 說，現在晶體管被夾在芯片中間，“許多技術都必須重新開發”。
“存在很多擔憂和顧慮，這可能是最難弄清楚的事情 —— 如何在這種新的背面供電上進行調試”，Sell 表示，“我們過去幾年開發了這些調試功能并在 Blue Sky Creek 測試芯片進行了驗證，已經取得了巨大進展。”
為了隔離 PowerVia 的開發，英特爾采用了基于前一代節點 Intel 4，且經過充分驗證的晶體管，并采用了為 Intel 20A 規劃的電源和互連設計。
英特爾的制造和設計團隊經常制造各種測試芯片，用于測試新的設計和 IP，并鞏固芯片制造工藝，但這類測試芯片通常不會像 Blue Sky Creek 那樣功能齊全。在這種情況下，各個團隊不僅需要驗證他們是否可以用這種方式構建和測試芯片，還需要驗證新配置會不會給最終產品帶來新問題。
例如散熱問題。Sell 解釋說：“通常情況下，人們也會把芯片側面用于散熱。在把晶體管夾在中間的情況下，‘會出現散熱問題么？’‘是否會出現很多局部升溫的情況？’”答案是不會。
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