先進節點與元件
背面供電(BSPDN)
幾十年來,晶片把所有東西都堆在矽片的同一面:幾十層金屬同時承載著訊號線(邏輯彼此對話的通道)和電源線(給每個電晶體送去供電電壓)。隨著特徵尺寸越縮越小,這兩份活兒開始爭搶同一片擁擠的空間——而供電還有個特別的麻煩。把電流順著這一疊高高的金屬層往下送的導線又細又有電阻,於是供電電壓在往下走的途中會稍稍塌一點。這一塌就是 IR 壓降,而且它惡化的方式恰好印證了互連縮放的極限:導線越細就電阻越大、裕量越小,邏輯也就更慢、更不可靠。背面供電正是這樣回應這一極限的——它給電源單獨劃出一塊地盤。你把晶圓減薄,在矽片的背面再建一張金屬網路,專門用來送電,而正面那一疊金屬則被騰出來,只管走訊號。
把它想成一棟公寓樓,原本把上下水、電路和走廊全都塞在同一組豎井裡——什麼都在擠地方。背面供電就像把所有管路都挪到樓後的一條服務通道裡。這樣一來,前面的走廊(訊號)變得更寬、更好排布;而管路(電源)則能用又粗、又短、電阻又低的大管子,從正後方直接通到每一層,不必再從樓頂一路蜿蜒下來。由此帶來兩個好處。第一,IR 壓降變小了,因為背面的電源軌更粗,電流到達每個電晶體所走的路也短得多。第二,布線擁擠緩解了,因為把那些粗壯的電源軌從正面各層撤走後,就給佈局佈線一直擠不下的訊號線騰出了更多空間。它正是在 2nm 這一代前後進入量產的技術之一。
FRONT-ONLY (legacy) BACKSIDE POWER (BSPDN)
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│ signal + POWER mix │ │ signals only │ front metal
│ (crowded stack) │ │ (less congested) │
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│ transistors │ │ transistors │ silicon
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│ (bulk silicon) │ │ POWER network │ backside metal
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power fights power on the back,
signals up top signals up front傳統晶片讓電源和訊號擠在同一疊正面金屬裡走線;BSPDN 把電源網路挪到減薄晶圓的背面,把正面各層留給訊號,也縮短了送電的路徑。
BSPDN 既是設計上的跨越,更是製造上的跨越——它要求把晶圓減薄到幾乎不剩什麼,再鍵合到一塊載體上,還要用細小的垂直導孔把正面和背面連通起來,所以它是與那套同樣能造出 2nm 級晶片的先進節點與封裝工藝一同到來的。
又稱
另見