IT之家 8 月 3 日消息，英特爾今日發(fā)文介紹了 PowerVia 背面供電技術(shù)，該技術(shù)可幫助實現(xiàn)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(shù)提高了設(shè)計的簡易性。
IT之家附英特爾 PowerVia 背面供電技術(shù)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(shù)及 RibbonFET 全環(huán)繞柵極晶體管的節(jié)點，預(yù)計將于 2024 年上半年實現(xiàn)生產(chǎn)準備就緒，應(yīng)用于未來量產(chǎn)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(nèi)部和外部測試芯片，有望在 2024 年下半年實現(xiàn)生產(chǎn)準備就緒。目前，Arm 已經(jīng)和英特爾代工服務(wù)簽署了涉及多代前沿系統(tǒng)芯片設(shè)計的協(xié)議，使芯片設(shè)計公司能夠利用 Intel 18A 開發(fā)低功耗計算系統(tǒng)級芯片（SoC）；英特爾也將采用 Intel 18A 為瑞典電信設(shè)備商愛立信打造定制化 5G 系統(tǒng)級芯片。
英特爾開發(fā) PowerVia 背面供電技術(shù)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(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)，成為提升芯片整體性能的障礙。
英特爾技術(shù)開發(fā)副總裁 Ben Sell 曾參與開發(fā) PowerVia。他說，這個問題之前不受重視，但“現(xiàn)在產(chǎn)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(shù)的原理
英特爾和領(lǐng)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(jié)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(huán)節(jié)：翻轉(zhuǎn)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(xiàn)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(shù)的價值和優(yōu)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(fù)雜性帶來的不利影響。例如，電源線可能占據(jù)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(lǐng)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(xiàn)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(xù)摩爾定律的承諾。正如第二篇論文總結(jié)的那樣，“使用 PowerVia 設(shè)計的英特爾能效核實現(xiàn)了 6% 的頻率增益和超過 90% 的標準單元利用率，調(diào)試時間與 Intel 4 一樣，在可接受的范圍內(nèi)。” 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(shù)的測試和驗證
目前，芯片測試技術(shù)是基于第一層和最底層晶體管的可訪問性。Sell 說，現(xiàn)在晶體管被夾在芯片中間，“許多技術(shù)都必須重新開發(fā)”。
“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(diào)試”，Sell 表示，“我們過去幾年開發(fā)了這些調(diào)試功能并在 Blue Sky Creek 測試芯片進行了驗證，已經(jīng)取得了巨大進展。”
為了隔離 PowerVia 的開發(fā)，英特爾采用了基于前一代節(jié)點 Intel 4，且經(jīng)過充分驗證的晶體管，并采用了為 Intel 20A 規(guī)劃的電源和互連設(shè)計。
英特爾的制造和設(shè)計團隊經(jīng)常制造各種測試芯片，用于測試新的設(shè)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(gòu)建和測試芯片，還需要驗證新配置會不會給最終產(chǎn)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(cè)面用于散熱。在把晶體管夾在中間的情況下，‘會出現(xiàn)散熱問題么？’‘是否會出現(xiàn)很多局部升溫的情況？’”答案是不會。
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