Das Backside Power Delivery Network (BS PDN) für Chips der nächsten Generation ist ein bekannter und viel diskutierter Vorteil der zukünftigen Prozesstechnologie, von dem sich auch Samsung erhebliche Leistungssteigerung erwartet. Während Intel und TSMC schon seit einiger Zeit über BSPDN sprechen, hat Samsung erst kürzlich Einzelheiten über seine Experimente zur rückseitigen Stromversorgung bekannt gegeben. Offenbar verspricht sich das Unternehmen von dieser Innovation recht deutliche Vorteile.
In einem Paper, das Ende Juni auf dem VLSI-Symposium vorgestellt wurde, berichtet Samsung Electronics, dass die Anwendung eines rückseitigen Stromversorgungsnetzwerks zu einer 14,8-prozentigen Verringerung der Fläche eines ungenannten Prozessors im Vergleich zum traditionellen frontseitigen PDN führte, berichtet The Elec (via @harukaze5719). In dem Paper werden insbesondere zwei Arm-Schaltungen hervorgehoben, bei denen eine Flächenreduzierung von 10,6 % bzw. 19 % beobachtet wurde. Eine Verringerung der Die-Fläche um 10 % bis 19 % ist ein großer Vorteil, da man dadurch entweder 10 % bis 19 % mehr Transistoren unterbringen und die Leistung steigern oder die Kosten für einen bestimmten Chip senken kann.
Auch Kabel werden kürzer
Ein weiterer Punkt, den Samsung in seinem Paper erwähnt, ist die Reduzierung der Kabellänge um 9,2 %. Die rückseitige Stromschiene ermöglicht in der Regel dickere Drähte mit geringerem Widerstand und kann daher höhere Ströme für eine bessere Leistung liefern. Eine weitere Verringerung der Kabellänge bringt auch zusätzliche Leistungsvorteile mit sich.
Zu den weiteren Vorteilen, die durch die rückseitige Stromzufuhr ermöglicht werden, zählte Samsung die Ko-Optimierung von Designtechnologien, die eine 3,6-prozentige Fmax-Verbesserung, eine 2,4-prozentige Reduzierung der Standardblockfläche und eine 1,6-prozentige Verbesserung der Standardblockleistung ermöglicht.
Zu Beginn dieses Jahres stellte Intel sein PowerVia-Netzwerk für die rückseitige Stromversorgung vor, das für seine 20A-Fertigungstechnologie (2nm-Klasse) und darüber hinaus verwendet wird. Die Vorteile der Verwendung einer rückseitigen Stromversorgungsschiene sind allgemein anerkannt, und die Ergebnisse von Samsung bestätigen die Theorie. Stromversorgungskabel können massiver gestaltet werden, indem Stromschienen nach hinten verlegt und von der E/A-Verkabelung isoliert werden. Durch diese Verdickung werden die Widerstände in den letzten Produktionsschritten reduziert, was die Leistung erhöht und den Energieverbrauch senkt. Außerdem führt diese Trennung zu einer Verringerung der Logikfläche und damit zu Kosteneinsparungen.
Vielleicht Massenproduktion ab 2025
Samsung hat nicht bekannt gegeben, wann und mit welchem Knoten es sein BS PDN einführen will. Das Unternehmen feilt derzeit an seiner SF3-Fertigungstechnologie der 2. Generation der 3-nm-Klasse, die auf Gate-Allaround-Transistoren basiert, und will sie 2024 für die Massenproduktion einsetzen. Außerdem hat das Unternehmen SF3P und SF2 der 2nm-Klasse für 2025 vorgesehen. Es ist zwar unwahrscheinlich, dass Samsung im nächsten Jahr eine rückseitige Stromversorgungsschiene für SF3 verwenden wird, aber das Unternehmen könnte die Implementierung seines BS PDN in SF3P oder SF2 im Jahr 2025 in Betracht ziehen.
