Сілкаванне ззаду

Сілкаванне ззаду (Backside Power Delivery) - гэта паўправадніковая тэхналогія, якая перамяшчае сетку падачы сілкавання транзістараў з пярэдняга боку на тыльны бок крэмніевых пласцін . Гэтая методыка накіравана на павышэнне энергаэфектыўнасці, прадукцыйнасці і гібкасці праектавання інтэгральных схем (ІС).
міні|Прыклад тапалогіі сілкавання ззаду

 Агляд 
Традыцыйна, шыны сілкавання і сігналу размяшчаюцца на пярэдняй паверхні крамянёвай пласціны. Сілкаванне ззаду разносіць гэтыя функцыі, размяшчаючы дарожкі падачы сілкавання на тыльным баку пласціны. Такім чынам, застаецца больш месца для шын сігналу на пярэдняй паверхні, і больш роўная металізацыя крышталю дазваляе лепей адводзіць цяпло ад транзістараў на абедзве паверхні. Зменшаная колькасць металу ў верхніх плоскасцях зніжае іх электрычную ёмістасць, што вядзе да меньшых стратаў сігналу і павышэння прадукцыйнасці.

 Распрацоўка і вытворчасць 

 Тэхналогія Intel PowerVia 
Intel першай прапанавала сваю тэхналогію PowerVia да ўжывання ў працэсары 20A ў 2024 годзе. PowerVia прадэманстравала павелічэнне працоўнай частаты на 6%, зніжэнне страт магутнасці на 30% і больш кампактныя канструкцыі з палепшанай шчыльнасцю. 

PowerVia прадугледжвае пабудову транзістараў на пярэдняй частцы крамянёвай пласціны, адначасова пракладваючы шыны сілкавання на заднім баку. Гэты працэс патрабуе свідравання глыбокіх і вузкіх скразных адтулін ў крамяні  (Through-Silicon Vias) для падлучэння сілкавання да транзістараў. Intel распрацавала метады захавання надзейнасці і кіравання тэмпературай чыпа.  Тэставы крышталь Intel Blue Sky Creek паказаў паляпшэнне выкарыстання аб'ёму на 90% і магчымасць зніжэння выдаткаў. 

Шыны сілкавання і сігналу маюць розныя патрабаванні да сваёй тапалогіі: сілкаванне трэба рабіць шырэйшым каб змненьшыць падзенне напружання і павялічыць стабільнасць напружання, сігнал лепей рабіць танейшым і карацейышым каб зменьшыць страты і павялічыць шчыльнасць элементаў. Разам з сілкаваннем ззаду, Intel таксама дадасць стабілізатар напружання на крышталі, каб скараціць ланцуг і час зваротнай сувязі стабілізацыі, тым самым дазволіўшы паскорыць працэсы пераключэння ў ячэйках. 

 Вузлы N2 і A16 TSMC 
Кампанія Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSMC) вывучыла тэхналогію сілкавання ззаду, першапачаткова плануючы ўкараніць яе ў сваім тэхналагічным вузле N2P. Далей TSMC вырашыла адкласці ўключэнне сілкавання ззаду з-за кошту і складанасці. Замест гэтага кампанія сканцэнтруюцца на іншых удасканаленнях, такіх як тэхналогія NanoFlex, якая дазваляе больш аптымізаваць прадукцыйнасць, магутнасць і плошчу (PPA) дзякуючы гнуткай канструкцыі ячэйкі. 

Вузел A16 ад TSMC, дэбют якога павінен адбыцца ў 2025 годзе, аб'ядноўвае архітэктуру Super PowerRail разам з наналіставымі транзістарамі. Гэтая камбінацыя накіравана на павышэнне эфектыўнасці вылічэнняў і зніжэнне спажывання энергіі. Працэс A16 прызначаны для памяншэння падзення напругі, спрашчэння размеркавання энергіі і забеспячэння больш шчыльнай упакоўкі мікрасхем. TSMC сцвярджае, што A16 можа дасягнуць на 10% больш высокай тактавай частаты або зніжэння энергаспажывання на 15-20% у параўнанні з вузлом N2P, адначасова павялічваючы шчыльнасць на крышталі да 10%. 

 Тэхнічныя выгады 

 Палепшаная цэласнасць сілкавання 
Перамяшчаючы сетку падачы энергіі ў тыльны бок, сілкаванне ззаду зніжае падзенне напружання на шляху да транзістараў. Пры сілкаванні ззаду, злучэнні могуць быць больш буйнымі і менш рэзістыўнымі, што забяспечвае больш стабільнае электразабеспячэнне. Гэтая стабільнасць дазваляе транзістарам працаваць на больш высокіх частотах з меншай рызыкай пагаршэння прадукцыйнасці. 

 Палепшаная маршрутызацыя сігналу 
Пры перамяшчэнні злучэнняў сілкавання на тыл, на пярэдняй плоскасці застаецца больш месца для пракладкі шын сігналу. Гэта памяншае перагрузку і паразітную ёмістасць, што прыводзіць да больш хуткай і эфектыўнай перадачы сігналу. Памяншэнне перагрузкі сігнала дазваляе больш шчыльна ўпакоўваць лагічныя ячэйкі, што яшчэ больш павышае прадукцыйнасць і эфектыўнасць крышталю. 

 Шчыльнасць элементаў і адвод цяпла 
Сілкаванне ззаду ставіць новыя задачы і адкрывае магчымасці для паляпшэння адвода цяпла . Перанос сістэм сілкавання назад дазваляе павялічыць шчыльнасць элементаў, што ў сваю чаргу патрабуе рашэнняў для паляпшэння астуджэння. Адначасова, сілкаванне ззаду выроўнівае шляхі рассейвання цяпла, паляпшаючы агульныя цеплавыя характарыстыкі крышталю. {

 Задачы 

 Складанасць канструкцыі 
Укараненне сілкавання ззаду патрабуе значных змен у традыцыйных метадалогіях праектавання. Правілы праектавання і інструменты трэба змяніць каб улічваць перадачу энергіі праз тыльны бок. Гэта ўключае ў сябе кіраванне тэмпературай і механічнымі  нагрузкамі для эабеспячэння надзейнасці і прадукцыйнасці мікрасхемы. 

 Вытворчыя выдаткі 
Працэс стварэння крышталю з сілкаваннем ззаду ўключае ў сябе дадатковыя этапы, такія як стварэнне скразных адтулін ў крамяні і апрацоўка пласцін з шынамі з абодвух бакоў. Гэтыя крокі павялічваюць вытворчыя выдаткі, і вытворцы мікрасхем распрацавалі метады кампенсацыі гэтых выдаткаў шляхам аптымізацыі іншых аспектаў працэсу распрацоўкі. 

 Далейшыя перспектывы 
Intel плануе інтэграваць сілкаванне ззаду са сваімі стужкаывмі МАП транзістарамі RibbonFET у вузлы працэсаў 20А і 18А, арыентуючыся на гатоўнасць да вытворчасці ў першай палове 2024 года. TSMC, адкладаючы BPD у сваім вузле N2P з-за кошту і складанасці, прадставіць яго ў вузле A16 да 2025 года. Samsung імкнецца прымяніць BPD да свайго 1,4-нанаметровага працэсу да 2027 года, засяродзіўшы ўвагу на зніжэнні спажывання плошчы пласціны і паляпшэнні перадачы энергіі.

 Спасылкі 

Катэгорыя:Тэхналогія паўправаднікоў

Катэгорыя:Паўправадніковыя прылады