電子工程專(zhuān)輯訊臺(tái)積電、三星、英特爾等晶圓制造大廠(chǎng)都在積極布局背面供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（BSPDN），并將導(dǎo)入尖端的邏輯制程的開(kāi)發(fā)藍(lán)圖。近期，三星電子公布了BSPDN（背面供電網(wǎng)絡(luò)）研究成果。這是三星電子首次披露BSPDN相關(guān)的具體研究成果。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

BSPDN是2019年IMEC上首次提出的概念。它是一種通過(guò)在晶圓背面布置電源布線(xiàn)來(lái)改善電源和信號(hào)線(xiàn)以及電池利用率瓶頸的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

當(dāng)前的半導(dǎo)體采用FSPDN結(jié)構(gòu)制成。它們按照電源線(xiàn)-信號(hào)線(xiàn)-晶體管的順序排列，但由于電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)使用相同的資源，會(huì)出現(xiàn)瓶頸等問(wèn)題。另外，還存在一個(gè)缺點(diǎn)，即根據(jù)晶體管的擴(kuò)展而消耗大量成本來(lái)擴(kuò)展布線(xiàn)層。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

與現(xiàn)有的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)不同，BSPDN按照信號(hào)線(xiàn)-晶體管-電源線(xiàn)的順序排列。在今年6月底的日本VLSI研討會(huì)上，三星電子發(fā)表的一篇論文稱(chēng)，通過(guò)應(yīng)用BSPDN，與FSPDN（前端供電網(wǎng)絡(luò)）相比，成功縮小了處理器面積的14.8%。具體而言，在兩個(gè)ARM電路中，面積分別減少了10.6%和19%。這也意味著成本和功耗的降低。同時(shí)也意味著，如果芯片面積保持不變的情況下，芯片內(nèi)部的晶體管數(shù)量可以增加10%到19%，性能也有望提升10%到19%。除此之外，其背面供電技術(shù)還能使得布線(xiàn)長(zhǎng)度減少了9.2%DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

三星電子也解釋了BSPDN的技術(shù)難點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)用BSPDN時(shí)，拉伸應(yīng)力作用，并且可以將硅通孔電極(TSV)和金屬層分離。三星電子表示，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)降低高度或加寬TSV來(lái)解決。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

除了三星電子之外，英特爾也公布了其命名為“PowerVia”的背面供電技術(shù)，將導(dǎo)入Intel20A制程工藝。英特爾去年六月還舉辦了Powervia技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)會(huì)。這些公司的目標(biāo)是從2nm工藝開(kāi)始應(yīng)用BSPDN。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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根據(jù)英特爾的BlueSkyCreek的測(cè)試芯片（該芯片采用英特爾即將推出的PC處理器MeteorLake中的P-Core性能核心），證明了PowerVia解決了舊的“披薩式”制造方法所造成的問(wèn)題，即電源線(xiàn)和互連線(xiàn)可以分離開(kāi)來(lái)，并做得線(xiàn)徑更大，以同時(shí)改善供電和信號(hào)傳輸。測(cè)試結(jié)果顯示，芯片大部分區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)單元利用率都超過(guò)90%，同時(shí)單元密度也大幅增加，并有望降低成本。測(cè)試還顯示，PowerVia將平臺(tái)電壓（platformvoltage）降低了30%，并實(shí)現(xiàn)了6%的頻率增益（frequencybenefit）。PowerVia測(cè)試芯片也展示了良好的散熱特性，符合邏輯微縮預(yù)期將實(shí)現(xiàn)的更高功率密度。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

業(yè)界認(rèn)為，為了應(yīng)用BSPDN，確保晶圓背面處理的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)以及信號(hào)線(xiàn)和電源線(xiàn)連接的TSV技術(shù)非常重要。臺(tái)積電將會(huì)在2025年量產(chǎn)2nm（N2）工藝，并計(jì)劃2026年推出N2P工藝，這個(gè)工藝也將會(huì)采用背面供電技術(shù)。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

三星尚未透露計(jì)劃何時(shí)實(shí)施其BSPDN以及使用哪個(gè)節(jié)點(diǎn)。該公司目前正在完善其第二代基于3nm級(jí)環(huán)柵晶體管的SF3制造技術(shù)，并計(jì)劃于2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。該公司還有SF3P和2nm級(jí)SF2將于2025年推出。盡管三星明年不太可能在SF3中使用背面電源軌，但該公司可能會(huì)考慮在2025年在SF3P或SF2中實(shí)施其BSPDN。DMv28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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