芯片界的“背向革命”:让供电后撤,性能翻番

作者:admin  来源:半导体与物理  发布时间:2026-07-27  访问量:1128

  在芯片制造的微观世界里,晶体管像是数亿个微型开关,而连接它们的金属线就像城市里的立交桥。过去几十年,供电和信号传输都挤在芯片的“正面”(晶圆表面)。然而,随着晶体管尺寸逼近物理极限,正面的“交通拥堵”日益严重——布线拥挤、电阻变大、热量堆积,直接拖累了芯片性能。

一、传统封装设计方法

为了破局,背面供电技术(Backside Power Delivery)成了近两年半导体界的热门方向。它干脆把供电的“电线”搬到芯片背面,把正面的宝贵空间留给信号传输。最近,在2024年VLSI(超大规模集成电路)技术研讨会上,三星和IBM就联合发表了一项令人眼前一亮的新成果。这项研究对比了几种供电方案,其中最受瞩目的就是图里蓝框标注的 DBC方案。

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首先看左边的柱状图:单元高度(Cell Height)。采用DBC方案后,相比传统的背面供电,芯片标准单元的垂直高度可以大幅缩减约20%。这就好比把房间里原本占用地面空间的粗大电线,全部塞进了天花板或者墙壁里,腾出的地面自然能摆放更多家具(晶体管)。在芯片面积不变的情况下,能塞入更多的器件,直接提升了计算密度。

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二、电阻对比

更惊艳的表现在中间的电阻对比图里。为什么过去背面供电推广起来阻力重重?因为把电从正面引到背面的“接线”(接触孔)太慢、电阻太大。看图右侧的微观结构示意图,传统的FVBP(Via或长条形)需要复杂的垂直接触,电流要走弯路。而DBC方案通过结构优化,把源/漏区(S/D)通过接触孔(CA)更直接地“插”到背面的电源轨上。这种直连设计,直接带来了约4倍(~4x)的接触电阻降低!

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千万别小看这“4倍”。接触电阻越小,电流传输越通畅,芯片运行时的功耗损失和发热量就越少。对于如今动辄消耗几十瓦、上百瓦算力的AI大模型芯片来说,降低这一丁点电阻,往往能换来巨大的散热缓解和能效提升。

总的来说,DBC背面供电技术,既让芯片“瘦身”(降低高度),又给芯片“强心”(降低电阻)。虽然工艺极其复杂,但它已经为后摩尔时代的3D芯片堆叠和大算力AI芯片指明了清晰的道路。未来的半导体,可能真的要“反转”过来看了。

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