英特尔介绍最新 PowerVia 背面供电技术：降低功耗、提升效率和性能

CTOnews.com 8 月 3 日消息，英特尔今日发文介绍了 PowerVia 背面供电技术，该技术可帮助实现降低功耗、提升效率和性能，满足不断增长的算力需求。此外，背面供电技术提高了设计的简易性。

CTOnews.com附英特尔 PowerVia 背面供电技术官方介绍：

Intel 20A 将是英特尔首个采用 PowerVia 背面供电技术及 RibbonFET 全环绕栅极晶体管的节点，预计将于 2024 年上半年实现生产准备就绪，应用于未来量产的客户端 ARL 平台，目前正在晶圆厂启动步进（First Stepping）。

接下来的 Intel 18A 也正在推进内部和外部测试芯片，有望在 2024 年下半年实现生产准备就绪。目前，Arm 已经和英特尔代工服务签署了涉及多代前沿系统芯片设计的协议，使芯片设计公司能够利用 Intel 18A 开发低功耗计算系统级芯片（SoC）；英特尔也将采用 Intel 18A 为瑞典电信设备商爱立信打造定制化 5G 系统级芯片。

英特尔开发 PowerVia 背面供电技术的背景

一直以来，计算机芯片都是像披萨一样自下而上，层层制造的。芯片制造从最小的元件晶体管开始，然后逐步建立越来越小的线路层，用于连接晶体管和芯片的各个部分，这些线路被称为互连线。线路层中还包括给芯片供电的电源线。芯片完成后，把它翻转并封装起来。封装提供了与外部的接口，然后就可以把它放进计算机了。

这种方法遇到了各种问题。随着晶体管越来越小，密度越来越高，互连线和电源线共存的线路层变成了一个越来越混乱的网络，成为提升芯片整体性能的障碍。

英特尔技术开发副总裁 Ben Sell 曾参与开发 PowerVia。他说，这个问题之前不受重视，但"现在产生了巨大的影响"。简言之，功率和信号会衰减，需要变通的办法。

英特尔 PowerVia 背面供电技术的原理

英特尔和领先的芯片制造商都在努力研究"背面供电"，寻找将电源线移动到芯片"背面"的方法，从而使芯片"正面"只专注于互连。

在 2023 年 VLSI 研讨会上，英特尔展示了制造和测试其背面供电解决方案 PowerVia 的过程，并取得了良好的性能测试结果。

告别披萨式的制造方式，芯片制造第一次涉及两个面。下面是 PowerVia 的原理：像以前一样，首先制造晶体管，然后添加互连层。接下来是一个有趣的环节：翻转晶圆并进行打磨，露出连接电源线的底层。

Sell 解释说，打磨后，"现在只有很少的金属层，都非常厚"。这里的"厚"指的是微米，留下了"非常直接的路径给晶体管供电"。

PowerVia 背面供电技术的价值和优势

Sell 证实，这种方法的好处是多方面的，超过了新工艺更高的复杂性带来的不利影响。例如，电源线可能占据芯片正面空间的 20%。因此，随着这些电源线的消失，互连层可以"宽松"一些。

好处不限于制造领域。为了证明这种方法，英特尔团队制作了称为 Blue Sky Creek 的测试芯片，该芯片基于英特尔即将推出的 PC 处理器 Meteor Lake 中的能效核 -- 证明 PowerVia 解决了披萨式旧方法造成的两个问题。现在电源线和互连线可以分离开来并做得更粗，同时改善供电和信号传输。

对于普通计算机用户来说，这意味着降低能效和提高速度。在降低功耗的情况下更快地完成工作，再次延续摩尔定律的承诺。正如第二篇论文总结的那样，"使用 PowerVia 设计的英特尔能效核实现了 6% 的频率增益和超过 90% 的标准单元利用率，调试时间与 Intel 4 一样，在可接受的范围内。" Sell 证实，对于仅仅移动电源线来说，这是"巨大"的频率提升。

英特尔 PowerVia 背面供电技术的测试和验证

目前，芯片测试技术是基于第一层和最底层晶体管的可访问性。Sell 说，现在晶体管被夹在芯片中间，"许多技术都必须重新开发"。

"存在很多担忧和顾虑，这可能是最难弄清楚的事情 -- 如何在这种新的背面供电上进行调试"，Sell 表示，"我们过去几年开发了这些调试功能并在 Blue Sky Creek 测试芯片进行了验证，已经取得了巨大进展。"

为了隔离 PowerVia 的开发，英特尔采用了基于前一代节点 Intel 4，且经过充分验证的晶体管，并采用了为 Intel 20A 规划的电源和互连设计。

英特尔的制造和设计团队经常制造各种测试芯片，用于测试新的设计和 IP，并巩固芯片制造工艺，但这类测试芯片通常不会像 Blue Sky Creek 那样功能齐全。在这种情况下，各个团队不仅需要验证他们是否可以用这种方式构建和测试芯片，还需要验证新配置会不会给最终产品带来新问题。

例如散热问题。Sell 解释说："通常情况下，人们也会把芯片侧面用于散热。在把晶体管夹在中间的情况下，'会出现散热问题么？''是否会出现很多局部升温的情况？'"答案是不会。