晶背供電技術(BSPDN)詳解:如何突破晶片效能瓶頸?

隨著製程微縮至2奈米以下,傳統的正面供電架構面臨嚴重挑戰:訊號線與電源線在同一晶片正面競爭空間,導致互連擁塞、功耗增加。晶背供電網絡(BSPDN)將電源網絡移至晶片背面,成為解鎖1奈米以下製程的關鍵路徑。

技術原理

晶背供電技術將晶片正面的電源走線全部移至晶片背面,正面僅保留訊號走線。晶圓完成前段製程後,進行晶圓薄化處理(將晶圓從775微米薄化至數十微米),在背面製作電源網絡,透過矽通孔(TSV)將電源從背面引至正面電晶體。

效能提升

英特爾在18A製程導入的PowerVia技術是晶背供電的代表方案。數據顯示,晶背供電可實現以下改善:

  • 電源壓降降低30%,提升供電效率
  • 訊號互連延遲降低20%,提升運算速度
  • 晶片面積縮減6-10%,提升集成度
  • 功率效率提升約6%,降低能耗

產業進展

台積電計劃在A16(1.6nm)製程導入晶背供電,預計2027年量產;三星則計劃在SF1.4(1.4nm)製程導入;英特爾已在18A製程量產導入。晶背供電已成為1奈米以下製程的標準配置,相關設備與材料市場預計2030年達50億美元。