英特爾PowerVia背面供電技術將提升6%運算頻率

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，并指出Intel 20A將是旗下首個采用PowerVia背面供電技術及RibbonFET全環繞柵極晶體管技術的節點制程，預計將于2024年上半年達到生產準備就緒的階段，將應用于未來量產消費性的ARL處理器平臺，而目前正在晶圓廠啟動First Stepping的前期階段。

英特爾指出，接下來的Intel 18A也正在進行內部和外部測試，有望在2024年下半年達成生產準備就緒。目前，Arm已經和英特爾代工服務（IFS）簽署了有關多世代的先進系統芯片設計的協議，使芯片設計公司能夠利用Intel 18A級點制程開發低功耗計算系統級芯片（SoC）。

值得注意的是，不久前，英特爾就已經宣布，將采用Intel 18A制程為瑞典電信設備商愛立信打造定制化5G系統級芯片。

說到英特爾開發PowerVia背面供電技術的背景，就不得不從芯片的發展來談起。因為一直以來，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，當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，然后真正成為一個商用化的系統級芯片。

然而，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。對此，曾參與開發PowerVia技術的英特爾技術開發副總裁Ben Sell就表示，這個問題之前不受重視，但現在產生了巨大的影響。原因是芯片中的功率和信號會衰減，需要變通的辦法。

對此，英特爾和領先的芯片制造商都在努力研究背面供電技術，尋找將電源線遷移到芯片背面的方法，進一步使得芯片正面只需要專注于建晶體與元器件的互連。所以，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，并公布已經有良好性能的測試結果。

Ben Sell指出，告別披薩式的制造方式，芯片制造第一次關系到上下兩個面。上面與過去芯片生產一樣，而下面是PowerVia背面供電技術應用空間。首先在上面制造晶體管，然后添加互連層。但是，接下來就是一個有趣的階段，那就是翻轉晶圓并進行打磨，露出上面連接電源線的底層。這時，打磨后，讓原本厚度以微米計算的芯片底層，留下了非常直接的路徑給PowerVia背面供電技術來使用。

Ben Sell證實，這種方法的好處是多方面的，超過了新制程技術更高的復雜性所帶來的不利影響。例如，電源線可能占據芯片上面空間的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，英特爾團隊制作了稱為Blue Sky Creek的測試芯片，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，其測試芯片證明PowerVia解決了披薩式舊方法造成的問題。也就是電源線和互連線可以分離開來，并做得線徑更大，以同時改善供電和信號傳輸。

這結果對普通電腦用戶來說，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，再次延續摩爾定律的發展。Ben Sell強調，使用PowerVia技術的英特爾性能核心達到了6%的頻率提升和超過90%的標準單元利用率。這樣的結果對于僅僅是將電源線遷移來說，這是龐大的頻率提升。

目前，測試芯片是采用第一層和最底層晶體管。未來，在許多晶體管被夾在芯片中間的情況下，還有許多新技術都必須再重新開發。另外，為了PowerVia背后供電技術的開發，英特爾采用了前一代Intel 4節點制程，應用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，以準備在Intel 20A制程技術量產時使用。

編輯：芯智訊-林子