Подача обратной энергии ⇐ Васина Википедия

[wiki_en]

'''Backside Power Delivery (BPD)'' передовое производство полупроводниковых устройств|полупроводниковая технология, которая перемещает сеть подачи питания с передней стороны на заднюю сторону пластины (электроника)|кремниевая пластина. Целью этого метода является повышение производительности на ватт|энергетической эффективности, производительности и гибкости конструкции интегральных схем (ИС).

== Обзор ==
Традиционно силовые и сигнальные соединения располагаются на передней стороне кремниевой пластины. BPD разделяет эти функции, размещая межсоединения для подачи питания на задней стороне пластины, тем самым освобождая больше места для сигнальных межсоединений на передней стороне. Такое разделение может привести к улучшению целостности электропитания, уменьшению помех сигнала и повышению производительности.

== Разработка и внедрение ==

=== Технология Intel PowerVia ===
Intel стала пионером в области BPD со своей технологией PowerVia, которую планируется внедрить в свой технологический узел Intel 20A|20A в 2024 году. PowerVia продемонстрировала значительные преимущества, включая увеличение рабочей частоты на 6%, снижение потерь мощности на 30% и многое другое. компактные конструкции с повышенной плотностью
PowerVia включает в себя создание транзисторов | транзисторов на передней стороне кремниевой пластины и прокладку силовых межсоединений на обратной стороне. Этот процесс требует сверления глубоких и узких сквозных кремниевых отверстий (TSV) для подключения силовых межсоединений к транзисторам. Корпорация Intel разработала методы, гарантирующие, что эти TSV не поставят под угрозу надежность или управление температурным режимом чипа. Тестовый чип Intel Blue Sky Creek продемонстрировал преимущества этого подхода, продемонстрировав загрузку ячеек более 90 % и потенциальное снижение затрат
=== Узлы N2 и N2P TSMC ===
TSMC | Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) исследовала BPD, первоначально планируя внедрить его в свой технологический узел N2P. Однако TSMC решила отложить внедрение BPD из соображений стоимости и сложности. Вместо этого они сосредоточатся на других усовершенствованиях, таких как технология NanoFlex, которая обеспечивает большую оптимизацию производительности, мощности и площади (PPA) за счет гибкой конструкции ячеек
Технологический узел TSMC A16, дебют которого запланирован на 2025 год, объединяет архитектуру Super PowerRail и нанолистовые транзисторы. Эта комбинация направлена ​​на повышение эффективности вычислений и снижение энергопотребления. Процесс A16 предназначен для уменьшения падения напряжения | IR-падения, упрощения распределения питания и обеспечения более плотной упаковки микросхем. TSMC утверждает, что A16 может обеспечить на 10 % более высокую тактовую частоту или снижение энергопотребления на 15 – 20 % по сравнению с узлом N2P, а также увеличить плотность чипа до 10 %.

=== Процесс Samsung SF1.4 ===
Samsung является еще одним крупным конкурентом на арене BPD, планируя к 2027 году внедрить свою сеть Backside Power Delivery Network по 1,4-нм техпроцессу. Подход Samsung направлен на сокращение потребления площади пластины на 14,8% и длины проводки на 9,2%, что приведет к снижению энергопотребления. и улучшенные условия передачи энергии.

== Технические преимущества ==

=== Улучшенная целостность электропитания ===
Перемещая сеть подачи питания назад, BPD уменьшает падение напряжения, испытываемое транзисторами. Это связано с тем, что силовые межсоединения можно сделать крупнее и с меньшим сопротивлением, обеспечивая более стабильный источник питания. Эта стабильность позволяет транзисторам работать на более высоких частотах с меньшим риском ухудшения производительности.

=== Улучшенная маршрутизация сигналов ===
Благодаря перемещению силовых межсоединений на передней панели появилось больше места для маршрутизации сигналов. Это уменьшает перегрузку и паразитную емкость, что приводит к более быстрой и эффективной передаче сигнала. Уменьшение перегрузки сигнала позволяет обеспечить более плотную упаковку логических ячеек, что еще больше повышает производительность и эффективность микросхемы.

=== Управление температурой ===
BPD представляет новые проблемы и возможности для управления температурным режимом (электроника) | термоменеджментом. Перемещение силовых межсоединений может привести к повышению тепловой плотности, что потребует инновационных решений для охлаждения. Однако это также позволяет использовать более эффективные пути рассеивания тепла, потенциально улучшая общие тепловые характеристики при правильном управлении
== Проблемы ==

=== Сложность конструкции ===
Внедрение BPD требует значительных изменений в традиционных методологиях проектирования. Инженеры должны адаптироваться к новым правилам проектирования и инструментам, учитывающим обратную маршрутизацию мощности. Это включает в себя обеспечение надлежащего управления температурным режимом и механическими нагрузками, поскольку они могут повлиять на надежность и производительность ИС.

=== Производственные затраты ===
Процесс создания чипов с поддержкой BPD включает в себя дополнительные этапы, такие как создание TSV и обработка пластин с межсоединениями с обеих сторон. Эти шаги могут увеличить производственные затраты | производственные затраты, хотя такие компании, как Intel, разработали методы компенсации этих затрат за счет оптимизации других аспектов процесса проектирования чипов.

== Перспективы на будущее ==
Intel планирует интегрировать BPD со своими транзисторами RibbonFET в предстоящие технологические узлы, планируя производственную готовность в первой половине 2024 года. TSMC, хотя и откладывает BPD в своем узле N2P из-за стоимости и сложности, представит его в узле A16 к 2025 году. Samsung стремится применить BPD к своему 1,4-нанометровому процессу к 2027 году, сосредоточив внимание на сокращении потребления площади пластин и улучшении передачи энергии.



Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Backside_Power_Delivery