A medida que aumenta la demanda de IA, los fabricantes de semiconductores buscan nuevas formas de mejorar el rendimiento de sus chips para cumplir con las grandes cargas de trabajo.
Si bien los tamaños de los nodos se han reducido por debajo de los 7 nm, incluso por debajo de los 2 nm, varios problemas ahora juegan un papel vital en el proceso de desarrollo del chip. Uno de esos problemas es la relación entre la señal y las interconexiones de potencia en un chip. Tradicionalmente, los cables de señal y de alimentación estaban en el mismo lado de una oblea de silicio. Esto se conoce como entrega de potencia frontal.
La fabricación precisa de este complejo laberinto de cables ha desafiado a los fabricantes de chips, ya que el tamaño de los nodos se ha reducido rápidamente durante la última década. En 2021, Imec demostró los componentes básicos para la entrega de energía trasera, afirmando un aumento en el rendimiento del chip al tiempo que reduce la complejidad de BEOL.
Intel ahora ha presentado PowerVia, su tecnología de entrega de energía en la parte trasera. Imagen (modificada) cortesía de Intel
Ahora, Intel, uno de los fabricantes de chips más grandes del mundo, ha presentado hallazgos en el Simposio VLSI 2023 que indican sus planes para producir chips con suministro de energía en la parte trasera a partir del próximo año.
Los beneficios de la entrega de potencia orientada hacia atrás
La entrega de energía orientada hacia atrás ofrece una serie de beneficios para los fabricantes de chips. Primero, puede reducir la cantidad de gastos de litografía necesarios para producir el chip al simplificar las interconexiones. Como se discutió en un artículo reciente en All About Circuits, la litografía es el proceso de modelar un chip en una oblea de semiconductor. Para la fabricación avanzada de dispositivos semiconductores, se utiliza la litografía ultravioleta extrema (EUV). EUV es muy caro. La máquina sola es fabricada por una sola empresa en el mundo, ASML, y cuesta más de $200 millones.
Al simplificar y separar las redes de energía y señal, los fabricantes de chips pueden reducir la complejidad de la red y el esfuerzo de fotolitografía. Esto, a su vez, reduce el costo total de fabricación de los chips.
La entrega de energía orientada hacia atrás permite una mejora significativa en la caída de IR. Imagen cortesía de IMEC
Además, la entrega de energía orientada hacia atrás reduce la caída de IR dentro del chip, lo que permite que se entregue más energía a cada transistor. Cuando la corriente fluye a través de un cable, el potencial (voltaje) también disminuye. Esto se conoce como caída de IR.
Mediante el uso de rieles de alimentación enterrados y nano-vía-silicio (nTSV), se reduce el tamaño de celda estándar. Los nTSV se pueden construir a través del sustrato de silicio y se aprovechan para reducir el tamaño de las celdas VLSI estándar. Esto significa que la distancia que debe recorrer la corriente se reduce, lo que permite una menor caída de IR y una entrega de energía más eficiente a los transistores. Esto también aumenta el rendimiento general del chip.
Intel implementará PowerVia en los próximos chips 20A y 18A
Intel tiene como objetivo introducir PowerVia en los próximos chips para maximizar la densidad de transistores para cargas de trabajo pesadas como IA y gráficos. Según Intel, los resultados de un chip de prueba reciente que implementó PowerVia mostraron una utilización de la celda del 90 %. Intel dice que implementará PowerVia en sus chips de 20A (2nm) y 18A (1,8nm), que también aprovecharán la tecnología RibbonFET.
La interconexión de alimentación está separada de la interconexión de señal en Intel PowerVia. Imagen cortesía de Intel a través de IEEE Sepctrum
RibbonFET permite una huella de transistor más pequeña, e Intel busca usar esto junto con PowerVia para empaquetar más potencia de computadora en un solo chip. Intel dice que ha demostrado la tecnología PowerVia en su último chip de prueba, Blue Sky Creek. Con funciones de depuración adicionales, Intel dice que este chip de prueba demostrará la confiabilidad y el rendimiento de su tecnología PowerVia.