随着2024年上半年英特尔20A制造工艺发布的日期日渐临近，我们一起来回顾这项前沿技术及其搭载的PowerVia背面供电技术。早在2023年8月，英特尔就已经预告了这一重大突破：Intel 20A将成为世界上首个整合PowerVia背面供电方案与RibbonFET全环绕栅极晶体管的半导体工艺节点。

 

简而言之，Intel 20A工艺革新在于它巧妙地将电源线路布局于芯片背面，借助PowerVia技术克服了因芯片尺寸不断微缩而导致的传统互连瓶颈问题。这一创举不仅能有效减少电阻损耗，提高能源效率，还能助力处理器核心性能提升约6%。目前，相关生产线已在晶圆厂进入了早期试产阶段（即First Stepping），意味着面向消费市场的ARL处理器平台即将迎来一次重大的工艺升级。

 

同时，Intel 18A工艺也在持续研发中，预计会在今年下半年达到生产准备状态。这期间，Arm已经与英特尔代工服务部门达成深度合作，授权多家芯片设计公司在Intel 18A先进节点上设计低功耗计算系统级芯片（SoC）。事实上，英特尔与瑞典电信设备制造商爱立信的合作案例，便是采用Intel 18A工艺定制5G系统级芯片的一个生动例证。

总之，在半导体工艺的持续精进中，PowerVia技术无疑是一个极具价值的创新点，它将有助于推动芯片性能与能效比迈入新的台阶，引领着行业向更先进的集成电路制造时代迈进。

 

然而，随着晶体管尺寸的不断缩小和密度的增加，传统的制造方法遭遇了重大挑战。线路层中的连线和电源线交织在一起，形成了一个日趋复杂的网络，严重影响了芯片整体性能的提升。对此，曾经参与PowerVia技术研发的英特尔技术开发副总裁Ben Sell表示，这个问题过去并未得到足够的重视，但现在却对芯片性能产生巨大影响，因为芯片的功率和信号会因线路布局不合理而衰减，因此急需找到解决之道。

 

英特尔及其他芯片制造商纷纷致力于研究背面供电技术，探寻如何将电源线迁移至芯片背面，从而使芯片正面可以专注于晶体管与元件之间的互连功能。在今年的VLSI研讨会上，英特尔展示了PowerVia背面供电解决方案的研发和测试过程，并公布了表现优异的测试结果。

 

据Ben Sell介绍，PowerVia技术颠覆了原有的“披萨式”制造模式，使芯片首次实现了双面构造。上层面仍旧遵循常规的制造流程，而下面则成为了PowerVia背后技术的应用空间。首先在上面制造晶体管，然后加入互连层；接下来的关键步骤是翻转晶圆并对其进行抛光处理，暴露出底层用于连接电源线的部分。经过抛光后，原本以微米计的晶片底层得以形成直达路径，专供PowerVia背面供电使用。

 

Ben Sell证实，尽管新技术带来了更高的复杂性，但其优势明显超过不利因素。例如，电源线在过去可能占据芯片上方空间的20%，而在应用PowerVia技术后，电源线移至背面，互连层的空间得以释放，布局更加宽松。为了验证此技术的可行性，英特尔团队制作了一款名为Blue Sky Creek的测试晶片，该晶片采用了英特尔即将推出的PC处理器Meteor Lake P-Core性能核心。实验证明，PowerVia技术成功解决了传统“披萨式”制造方法存在的问题，即通过将电源线与互连线分离、增大线径，从而同时改善供电效能和信号传输质量。

对普通用户来说，PowerVia技术有助于提升电脑性能、降低能耗，从而加速运算速度，有力推动摩尔定律的发展。据Ben Sell所述，应用PowerVia技术的核心处理器频率提升了约6%，标准单元利用率超过90%，仅通过迁移电源线就实现了显著的性能飞跃。

 

在开发过程中，测试晶片仅采用了最底层和顶层的晶体管设计。未来产品会有多层晶体管和一系列新技术需要重新研发和验证。为了顺利开发PowerVia背面供电技术，英特尔借鉴了前一代Intel 4制造工艺的成熟晶体管技术，并结合Intel 20A的电源设计规划，预先为Intel 20A工艺的量产铺平道路。这意味着，随着Intel 20A工艺的到来，PowerVia技术将以一种高效且成熟的姿态融入市场，引领半导体行业的技术创新。