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(shí)現(xiàn)降低功耗、提升效率和性能，滿足不斷增長(zhǎng)的算力需求。此外，背面供電技術(shù)提高了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易性。

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IT之家附英特爾 PowerVia 背面供電技術(shù)官方介紹：

Intel 20A 將是英特爾首個(gè)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(diǎn)，預(yù)計(jì)將于 2024 年上半年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒，應(yīng)用于未來(lái)量產(chǎn)的客戶端 ARL 平臺(tái)，目前正在晶圓廠啟動(dòng)步進(jìn)（First Stepping）。

接下來(lái)的 Intel 18A 也正在推進(jìn)內(nèi)部和外部測(cè)試芯片，有望在 2024 年下半年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)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(jì)的協(xié)議，使芯片設(shè)計(jì)公司能夠利用 Intel 18A 開(kāi)發(fā)低功耗計(jì)算系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）；英特爾也將采用 Intel 18A 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。

英特爾開(kāi)發(fā) PowerVia 背面供電技術(shù)的背景

一直以來(lái)，計(jì)算機(jī)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(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(lái)。封裝提供了與外部的接口，然后就可以把它放進(jìn)計(jì)算機(jī)了。

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。

英特爾技術(shù)開(kāi)發(fā)副總裁 Ben Sell 曾參與開(kāi)發(fā) PowerVia。他說(shuō)，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”。簡(jiǎn)言之，功率和信號(hào)會(huì)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(dòng)到芯片“背面”的方法，從而使芯片“正面”只專(zhuān)注于互連。

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，并取得了良好的性能測(cè)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(gè)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(lái)是一個(gè)有趣的環(huán)節(jié)：翻轉(zhuǎn)晶圓并進(jìn)行打磨，露出連接電源線的底層。

Sell 解釋說(shuō)，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(jià)值和優(yōu)勢(shì)

Sell 證實(shí)，這種方法的好處是多方面的，超過(guò)了新工藝更高的復(fù)雜性帶來(lái)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(tuán)隊(duì)制作了稱為 Blue Sky Creek 的測(cè)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(gè)問(wèn)題。現(xiàn)在電源線和互連線可以分離開(kāi)來(lái)并做得更粗，同時(shí)改善供電和信號(hào)傳輸。

對(duì)于普通計(jì)算機(jī)用戶來(lái)說(shuō)，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(jì)的英特爾能效核實(shí)現(xiàn)了 6% 的頻率增益和超過(guò) 90% 的標(biāo)準(zhǔn)單元利用率，調(diào)試時(shí)間與 Intel 4 一樣，在可接受的范圍內(nèi)。” Sell 證實(shí)，對(duì)于僅僅移動(dòng)電源線來(lái)說(shuō)，這是“巨大”的頻率提升。

英特爾 PowerVia 背面供電技術(shù)的測(cè)試和驗(yàn)證

目前，芯片測(cè)試技術(shù)是基于第一層和最底層晶體管的可訪問(wèn)性。Sell 說(shuō)，現(xiàn)在晶體管被夾在芯片中間，“許多技術(shù)都必須重新開(kāi)發(fā)”。

“存在很多擔(dān)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(jìn)行調(diào)試”，Sell 表示，“我們過(guò)去幾年開(kāi)發(fā)了這些調(diào)試功能并在 Blue Sky Creek 測(cè)試芯片進(jìn)行了驗(yàn)證，已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展。”

為了隔離 PowerVia 的開(kāi)發(fā)，英特爾采用了基于前一代節(jié)點(diǎn) Intel 4，且經(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)。

英特爾的制造和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常制造各種測(cè)試芯片，用于測(cè)試新的設(shè)計(jì)和 IP，并鞏固芯片制造工藝，但這類(lèi)測(cè)試芯片通常不會(huì)像 Blue Sky Creek 那樣功能齊全。在這種情況下，各個(gè)團(tuán)隊(duì)不僅需要驗(yàn)證他們是否可以用這種方式構(gòu)建和測(cè)試芯片，還需要驗(yàn)證新配置會(huì)不會(huì)給最終產(chǎn)品帶來(lái)新問(wèn)題。

例如散熱問(wèn)題。Sell 解釋說(shuō)：“通常情況下，人們也會(huì)把芯片側(cè)面用于散熱。在把晶體管夾在中間的情況下，‘會(huì)出現(xiàn)散熱問(wèn)題么？’‘是否會(huì)出現(xiàn)很多局部升溫的情況？’”答案是不會(huì)。

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