台積電、英特爾、三星背後供電技術比一比，力拚先進製程市場

隨著摩爾定律的演進，電晶體越來越小，密度越來越高，堆疊層數也越來越多，可能需要穿過 10~20 層堆疊才能為下方電晶體提供電源和數據訊號，這導致互連線和電源線共存的線路層變成了一個越來越混亂的網路。同時，電子在向下傳輸的過程中，會出現 IR 壓降現象，導致電力損失產生。

除了電力損失，供電線路占用空間也是問題。晶片電源線路佈線複雜的後段製程，往往占至少 20% 資源，如何解決訊號網路跟供電網路資源排擠問題，使元件微縮，變成晶片設計者主要挑戰，這就造成半導體業界開始把供電網路轉移到晶片背面的原因。

台積電超級電軌 2025 年 A16 製程亮相，技術複雜提高晶片效率

晶圓代工龍頭台積電日前在北美技術論壇發表 A16 製程，除了容納更多電晶體，提升運算效能，更降低能耗。更令人關切的，A16 導入結合超級電軌 (Super PowerRail) 架構與奈米片電晶體，帶動運算速度更快、更有效率的資料中心處理器發展。A16 採不同晶片佈線，向電晶體輸送電力的電線位於電晶體下方而不是上方，稱為背面供電，有利生產更有效率的晶片。

最佳化處理器方法之一是緩解 IR 壓降，這會降低晶片電晶體接收電壓，降低性能。A16 電線不太容易電壓下降，不僅簡化電力分配，還允許晶片電路更緊密封裝，目標是處理器放入更多電晶體以提高運算能力。電晶體由四個主要元件組成，源極、汲極、通道和閘極。源極是電流流入電晶體的入口點，汲極是出口，通道和閘極依序負責協調電子的運動。

台積電 A16 將電力傳輸線直接連接源極和汲極，決定更複雜設計是因有助提高晶片效能。超級電軌 A16 將較 N2P 相同 Vdd (工作電壓)，運算速度增加 8%~10%，或相同運算速度，功耗降低 15%~20%，晶片密度提升高達 1.10 倍，支援資料中心產品。

英特爾 PowerVia 今年 Intel 20A 生產就緒

與台積電超級電軌相同，英特爾也推出背後供電解決方案 PowerVia。電源線原本可能占據晶片 20% 空間，但 PowerVia 背後供電節省空間，也意味互連層可更寬鬆。

英特爾團隊還特地製作 Blue Sky Creek 測試晶片證明，背後供電電源線和互連線可分離並線徑更大，以改善供電和訊號傳輸。測試結果顯示，晶片大部分區域的標準單元利用率都超過 90%，平台電壓降低 30%，並達成 6% 頻率提升，同時單元密度也大幅增加，並有望降低成本。PowerVia 測試晶片也展示良好的散熱特性，符合邏輯微縮預期將實現的更高功率密度。

PowerVia 也計劃導入英特爾代工服務（IFS），客戶設計晶片能更快達能效和性能提升。英特爾 PowerVia 背後供電介紹，英特爾 Intel 20A 製程採 PowerVia 背後供電技術及 RibbonFET 全環繞柵極電晶體架構，上半年生產準備就緒，未來量產客戶端 ARL 平台正在晶圓廠啟動步進（First Stepping）。