Gelecek hafta yapılacak yıllık VLSI Sempozyumunda Intel, yaklaşan PowerVia çip üretim teknolojisi – şirketin arka taraf güç dağıtım ağlarının geliştirme aşamasındaki uygulaması – ile ilgili ilerlemeleri hakkında merakla beklenen üçlü bildiriyi sunacak. Intel’in çok yönlü transistörler için RibbonFET teknolojisinin yanı sıra, PowerVia ve RibbonFET, Intel’in silikon litografi endüstrisinin geri kalanına büyük bir-iki yumruğu olarak hizmet edecek ve Intel’in onları tekrar içine atacağına inandığı iki büyük çip teknolojisini bir araya getirecek. muhteşem liderlik pozisyonu. İki teknoloji birleştiğinde, Intel’in gelecek yıl yüksek hacimli üretime girecek olan “angstrom” dönemi fab düğümlerinin belkemiği olacak ve Intel’in yeni teknolojilerdeki ilerlemesini hem şirket içinde hem de şirket dışında büyük önem taşıyan bir konu haline getirecek. ve Intel’in ele almak istediği bir konu.
Intel’in çip üretim teknolojisi söz konusu olduğunda, Intel’in Ar-Ge gruplarının çıkarları şu an olduğundan daha yüksek olamaz. Fabrikanın uzun süredir lideri – defalarca – hata yaptı ve şimdi sadece kaybettikleri liderlik pozisyonunu geri almak için değil, aynı zamanda onu kırmak için rotayı düzeltmeye yönelik çok yıllık bir çabanın ortasında. sözleşmeli çip üretimi işi büyük bir şekilde.
Sonuç olarak, VLSI araştırma makaleleri normalde dışarıdan çok fazla ilgi çekmezken, özellikle bu yıl büyük bir istisna. ŞeritFET ve PowerVia’nın gelecek yıl üretime geçmesiyle Intel, bu teknolojilerin ilk nesli üzerindeki Ar-Ge çalışmalarını tamamlama noktasına geliyor. Intel artık VLSI endüstrisindeki emsallerine, karmaşık bir mantık testi çipi üretme konusundaki ilk bulgularını sunabilecekleri bir noktada. Ve Intel’in yatırımcılarına ve diğer yabancılara Intel, yoluna devam etme çabalarının pekâlâ başarılı olabileceğine dair ilk gerçek kanıtı gösterebilir ve Intel’e şirketin büyük ölçüde ihtiyaç duyduğu rekabette öne geçmesi için bir fırsat verebilir.
Bu amaçla, gelecek haftaki sempozyumda Intel, PowerVia adını verdikleri arka taraf güç dağıtım ağı teknolojisi uygulamalarıyla ilgili birçok bilgiyi açıklayacak. Bu belgelerin merkezinde, EUV özellikli Intel 4 işlem teknolojisinde arka taraf güç dağıtımını uygulayan Intel “ürün benzeri” bir mantık test çipi olan Blue Sky Creek yer alıyor. Blue Sky Creek ile Intel, yalnızca PowerVia’nın gelecek yıl yüksek hacimli üretim için bir CPU ile zamanında çalıştığını değil, aynı zamanda arka taraf güç dağıtımının performans ve üretim avantajlarının Intel’in vaat ettiği her şey olduğunu göstermeyi amaçlıyor. Intel’in bu yılki VLSI konferansına şirket için çok büyük bir an olmaya hazırlandığını söylemekle yetinelim.
Backgrounder: Arka Taraf Güç Dağıtımı
Arka taraf güç dağıtım ağları (BSP/BS-PDN), tüm çip fabrika endüstrisinde son birkaç yıldır sessizce geliştirilmekte olan bir teknoloji konseptidir. Son fabrika düğümlerindeki EUV’ye benzer şekilde, BS-PDN, her zamankinden daha ince işlem düğümü teknolojileri geliştirmeye devam etmek için temel bir teknoloji olarak görülüyor ve sonuç olarak, tüm öncü çip fabrikalarının gelecekte bu teknolojiye geçmesi bekleniyor.
Bununla birlikte, hepsi aynı anda oraya taşınmıyor. Intel, teknolojiyi ürünleştiren ve onu rakiplerinden en az iki yıl önce yonga haline getiren üç büyük çip üreticisinden ilki olmayı bekliyor. Sonuç olarak, Intel, risk eksikliği olmadan gelen teknolojinin yol göstericisidir – ancak aynı zamanda teknolojiyi (ve zamanlamalarını) doğru hale getirmenin önemli ödüllerini de beraberinde getirir. Intel için şirket, bunun yeni FinFET anı olacağına inanıyor – Intel’in 2012’de 22nm’de FinFET’leri piyasaya sürmesine atıfta bulunarak, Intel’in birkaç yıl boyunca pazardaki liderliğini pekiştirdi. Bu özellikle önemlidir, çünkü Intel, çok yönlü FET’ler (GAAFET) zamanlaması söz konusu olduğunda rakiplerine karşı bir liderliğe sahip olmayacaktır, bu nedenle BS-PDN/PowerVia, bir sonraki fabrika alanında Intel’in kozu olacaktır. Birkaç yıl.
Bu arada, BS-PDN’nin nasıl çalıştığını tam olarak anlamak için başlamak için en iyi yer, geleneksel (ön taraf) güç dağıtımının nasıl çalıştığını özetlemektir, böylece bunu bir BS-PDN yonga levhası oluşturmakla gelen birçok değişiklikle karşılaştırabiliriz.
Modern, ön taraf güç dağıtım çipinin üretim süreci, transistör katmanı M0’ın aşındırılmasıyla başlar. Bu, bir kalıp üzerindeki en küçük ve en karmaşık katmandır ve EUV ve çoklu modelleme gibi yüksek hassasiyetli araçlara en çok ihtiyaç duyulan yerdir. Kısacası, hem çiplerin nasıl inşa edildiğine, hem de nasıl test edildiklerine dair önemli sonuçları olan çipin en pahalı ve karmaşık katmanıdır.
Bunun üzerine, transistörler ile işlemcinin farklı parçaları (önbellek, arabellekler, hızlandırıcılar) arasında gerekli olan tüm kabloları hesaba katmak ve aynı zamanda daha da yukarıdan gelen güç için yönlendirme sağlamak için artan boyutlarda ek metal katmanlar eklenir. yığın. Intel bunu bir pizza yapmaya benzetiyor ki bu kaba bir benzetme ama etkili.
Modern bir yüksek performanslı işlemcinin tasarımında tipik olarak 10 ila 20 metal katman bulunur. Özellikle Intel 4 işleminde, mantık için 30 nm’den 280 nm’ye kadar değişen 16 katman vardır. Ve bunun üzerinde sadece güç yönlendirmesi ve harici konektörlerin yerleştirilmesi için iki “dev metal” katman daha var.
Bir kalıp tamamen üretilip parlatıldıktan sonra, kalıp ters çevrilir (bunu bir çevirme çipi yapar), böylece çip dış dünyayla konuşabilir. Bu çevirme, tüm konektörleri (güç ve veri) çipin en altına yerleştirirken, transistörler çipin en üstüne çıkar. Flip chip üretimi bir kez ustalaştıktan sonra, bu, hata ayıklama araçlarının çok önemli olan transistör katmanına kolay erişimine izin verdiği için çip hata ayıklamasını ve soğutmayı özellikle uygun hale getirdi. Bu arada, bu sıcak küçük kapılar da çipin soğutucusuna özellikle yakın hale geldi ve ısının bir çipten nispeten kolay bir şekilde dışarı ve uzağa aktarılmasına izin verdi.
Bununla birlikte, ön taraf güç dağıtımının dezavantajı, hem güç hem de sinyal kablolarının çipin aynı tarafında olduğu anlamına gelmesidir. Her iki kablo da transistörlere ulaşmak için 15’ten fazla katman boyunca önemli bir yolculuk yapmak zorunda, bu arada değerli alan için rekabet ediyor ve birbirleriyle girişim yaratıyor. Özellikle güç kabloları için, bu kablolar boyunca direnç gelen gücün voltajının düşmesine neden olduğundan, bu durum IR Düşme/Düşme etkisi olarak bilinen bir sorundur.
Çip fabrikasyon tarihinin çoğu için bu çok büyük bir sorun olmadı. Ancak çip oluşturmanın diğer pek çok yönü gibi, çip özellik boyutları küçüldükçe sorun giderek daha belirgin hale geldi. Burada ön taraf güç dağıtımında bariz bir sabit sınır yoktur, ancak birbirini izleyen her nesilde çipleri küçültmenin ne kadar zor olduğu göz önüne alındığında, sorun çözülemeyecek kadar büyük (veya daha doğrusu çok pahalı) hale geldi.
Bu da bizi arka taraf güç dağıtımına getiriyor. Hem sinyal hem de gücün çipin aynı tarafından gelmesi sorunlara neden oluyorsa, neden ikisini ayırmayasınız? Bu, kısaca, tüm güç bağlantılarını gofretin diğer tarafına taşıyarak arka taraf güç dağıtımının çözmeye çalıştığı şeydir.
Intel’in bu konsepti PowerVia uygulaması için Intel, kelimenin tam anlamıyla bir gofreti ters çevirir ve kalan silikonun neredeyse tamamını transistör katmanının dibine ulaşana kadar parlatır. Bu noktada Intel, daha önce çipin ön tarafında nasıl inşa edeceklerine benzer şekilde, güç iletimi için metal katmanları çipin karşı tarafında inşa ediyor. Net sonuç, Intel’in bir tarafta güç dağıtımı ve diğer tarafta sinyalleme ile temelde çift taraflı bir çip ile sonuçlanmasıdır.
Kağıt üzerinde (ve Intel’in makalesinde), BS-PDN’ye geçmenin nihai olarak çeşitli faydaları vardır. Her şeyden önce, bunun bir çipin yapımını basitleştirmede anlamlı bir etkisi vardır. Intel’in özel iddialarına ve bulgularına biraz sonra geleceğiz, ancak burada özellikle not edilmesi gereken nokta, Intel’in M0 metal katmanının yoğunluğunu gevşetmesine izin vermesidir. Intel 4’te 30 nm’lik bir perde gerektirmek yerine, Intel’in Intel 4 + PowerVia için test düğümü 36 nm’lik bir perdeye izin verdi. Bu, tüm çipin en karmaşık ve pahalı işleme adımını doğrudan basitleştirir ve boyutu Intel 7 işlemine daha yakın bir şeye geri döndürür.
BS-PDN aynı zamanda yongalarda da bazı mütevazı performans iyileştirmeleri sağlamaya hazırdır. Daha doğrudan bir şeyle transistörlere güç dağıtım rotasını kısaltmak, IR Sarkma etkisine karşı koymaya yardımcı olur ve bu da transistör katmanına daha iyi güç iletimi sağlar. Ve tüm bu güç dağıtım kablolarını sinyal katmanlarından çıkarmak, bunların performansını da iyileştirerek güç girişimini ortadan kaldırır ve çip tasarımcılarına tasarımlarını optimize etmeleri için daha fazla alan sağlar.
Aksi takdirde, tüm bunların takası, öncelikle bir ön taraf çipi oluşturmanın daha önce bahsedilen avantajlarını kaybetmektir. Transistör katmanı artık çipin sonunda değil kabaca ortasında. Bu, geleneksel hata ayıklama araçlarının tamamlanmış bir çipin transistör katmanını test etmek için doğrudan dürtemeyeceği ve şu anda transistör katmanı ile soğutma hizmeti arasında 15 kadar sinyal kablosu katmanı olduğu anlamına gelir. Bunlar, Intel’in makalesinin ortaya koymaya özen gösterdiği gibi aşılmaz zorluklar değil, Intel’in tasarımlarında çözmesi gereken sorunlardı.
Üretilebilirlik, BS-PDN’ye geçişle ilgili diğer takaslar kümesidir. Bir kalıbın arka tarafında güç katmanları oluşturmak, daha önce hiç yapılmamış bir şeydir, bu da bir şeylerin ters gitme şansını artırır. Bu nedenle, yalnızca güç dağıtımının çalışması gerekmez, aynı zamanda yonga verimini önemli ölçüde düşürmeden veya başka bir şekilde yongaları daha az güvenilir hale getirmeden çalışması gerekir. Ancak tüm bunlar bir sonuca varırsa, o zaman bir levhanın arka tarafına güç katmanları inşa etmek için harcanan ekstra çaba, gücü ön taraftan yönlendirmek zorunda kalmayarak zaman ve maliyet tasarrufu sağlayarak fazlasıyla boşa çıkar.
Intel’in Ek Kırışıklıkları: Taşıyıcı Gofretler ve Nano TSV’ler
Arka taraf güç dağıtım ağları zamanla endüstri standardı bir özellik haline geleceğinden, Intel’in özel BS-PDN/PowerVia uygulamasına çok fazla odaklanmamaya çalıştık. Ancak artık BS-PDN’nin temellerine ulaştığımıza göre, Intel’e özgü birkaç uygulama ayrıntısına dikkat çekmeye değer.
Her şeyden önce Intel, çip sağlamlığı sağlamak için yapım sürecinin bir parçası olarak bir taşıyıcı gofret kullanıyor. Bir PowerVia yonga levhasının ön tarafına, o tarafın üretimi tamamlandıktan sonra yapıştırılan taşıyıcı yonga levhası, Intel diğer tarafta patlarken çipi desteklemeye yardımcı olan yapay bir yonga levhadır. İki taraflı talaş oluşturma işlemi, kalan silikon gofretin çok büyük bir kısmını parlattığı için, her şeyi bir arada tutacak çok fazla yapısal silikon yoktur. Intel’in hafifçe şaka yaptığı gibi, bu silikon litografi olmasına rağmen, sonunda gofret üzerinde çok az miktarda silikon kalmıştır.
Bu taşıyıcı gofret, ömrünün geri kalanında çipin bir parçası olarak kalır. Yonga üretimi tamamlandıktan sonra Intel, bağlı taşıyıcı gofreti gerekli kalınlığa kadar parlatabilir. Taşıyıcı gofret çipin sinyal tarafında olduğu için transistörler ve soğutucu arasında başka bir malzeme katmanı sunduğu anlamına gelir. Intel’in ısı transferini iyileştirme teknikleri bunu hesaba katıyor, ancak transistörlere alışkın bilgisayar meraklıları için bu önemli bir değişiklik olacak.
Intel’in BS-PDN’leri uygulamalarıyla ilgili diğer dikkate değer detayı, güçlü yönlendirme için TSV’lerin kullanılmasıdır. PowerVia’da, çipin transistör katmanında nano ölçekli TSV’ler (uygun şekilde Nano TSV’ler olarak adlandırılır) bulunur. Bu, endüstri öncüsü IMEC’in BS-PDN’leri ile araştırdığı gömülü güç raylarının tersidir.
Konuların uzun ve kısa olması, güç raylarının gücü iletmek için transistör katmanında hala yukarı ve aşağı gitmesini gerektirse de, TSV’lerin kullanımının gücün transistör katmanına daha doğrudan iletilmesine izin vermesidir. Intel için bu, gömülü güç rayları için gereken yönlendirmeyi tasarlamak ve inşa etmek zorunda kalmadığından, yararlanmaya istekli oldukları bir teknolojik avantajdır.
