電子發燒友網報道（文/周凱揚）對于任何試圖將半導體工藝推進至埃米級的晶圓廠而言，GAA和背面供電似乎都成了逃不開的兩大技術。GAA和背面供電在滿足芯片性能標準的同時，進一步改善了功耗和面積，可以說是高端芯片下一輪實現PPA全面提升的關鍵。

目前絕大多數晶圓廠已經確定了GAA這一晶體管架構上改變，然而在背面供電何時投入應用上，頭部三大晶圓廠卻沒那么堅定。背面供電技術可以有效改善供電線路的空間占用，并減少電力傳輸過程中造成的損失。照理說這種供電網絡方式的改進應該大力普及，但絕大多數晶圓廠似乎都更愿意將這一技術推遲至2nm甚至更晚的節點上。

英特爾：率先實現背面供電，與RibbonFET同步

作為才進入晶圓代工市場沒多久，且此前在工藝水平上落后不少的英特爾，卻成了背面供電技術的先行者。在2024年上半年投產的20A節點上，英特爾將成為業界首個將背面供電技術應用于量產節點的廠商，而該節點也將首次引入英特爾的GAA版本，RibbonFET晶體管。

早在去年，英特爾就在Blue Sky Creek這一測試芯片驗證了PowerVia背面供電技術的優勢。Blue Sky Creek是基于英特爾去年底發布的Meteor Lake處理器中能效核（E-Core）打造的，在PowerVia的設計下，核心頻率有了5%以上的提升，單元密度達到90%以上。

英特爾工藝路線圖 / 英特爾

根據英特爾說法，由于PowerVia這類背面供電技術減少了互聯層這個生產成本最高、工序較為復雜的部分，也就意味著在先進工藝上的制造成本會有所減少，同時EUV參與的工作量也會一并減少。

盡管如此，良率依然是英特爾最關心的，要想真正做到大規模量產，良率達標才是該工藝節點正式投入使用的標志。英特爾在去年試驗階段的目標是讓基于PowerVia的Intel 4芯片與九個月前的Intel 4芯片良率匹配。隨后在Intel 20A上達到類似的良率目標，并用于今年發售的Arrow Lake處理器上。

臺積電：2025年進入開始采用GAAFET，但背面供電缺席2nm

今年4月的北美技術研討會上，臺積電也對其工藝路線圖進行了更新，不過在時間節點上的計劃并沒有改變：基于第一代GAAFET技術的N2節點將于2025年下半年開始量產，而新能改良版的N2P將于2026年末接替N2的位置，同年也會推出電壓加強版的N2X節點。

臺積電SPR技術 / 臺積電

不過有趣的是，臺積電的技術路線發生了改變，N2P不再加入此前宣布的背面供電技術，臺積電決定將該技術的應用推遲至A16節點。在臺積電2023年的路線圖中，N2P基于N2節點的改善之一就是加入SPR背面供電技術，不過好在A16節點的投產目標也在2026年，只不過預計在年末的時段。

臺積電對其背面供電技術的命名為Super Power Rail（SPR），并表示該技術最適合用于HPC產品，因為此類產品往往具備復雜的信號路線和密集的供電網絡。相較于N2P，A16在背面供電技術的加持下，可以實現在同電壓下8%-10%的速度提升，在同樣的速度下可以將功耗降低15%-20%，芯片密度則會實現1.07至1.1倍的提升。

根據臺積電的說法，他們的SPR技術直接將背面供電網絡與每個晶體管的源極和漏極相連，就面積效率而言這是最有效的一個技術路線，在生產方面，這是最復雜或者說最昂貴的一條路線，或許也是因為考慮到成本和效率之類的原因，臺積電才決定將其延后至A16節點。

與另外兩家不同的是，臺積電并沒有披露更多2nm之后的工藝節點，目前只有一個A16節點，而三星和英特爾都已經公開了在1.4nm工藝上的計劃。臺積電是否在進入埃米時代后，繼續保持性能、良率和產量上的三重優勢，依然值得我們持續關注。

三星：改良版2nm，PPA全面提升

在2024年之前，三星的計劃是在SF1.4這一1.4nm節點上用上背面供電技術，如果以過去的工藝路線圖來看，三星在2027年才會將背面供電技術集成在最新工藝上，明顯要晚于另外兩家競爭對手。但三星在背面供電技術上的研究早就開始了，去年他們也為兩個基于Arm架構的測試芯片實現了背面供電，雖然并沒有透露工藝節點，但三星表示在測試的兩個節點下分別實現了10%和19%的芯片面積減少。

三星最新工藝路線圖 / 三星

然而在近日舉辦的三星北美SFF大會上，三星發布了全新的工藝路線圖，主要是在2nm節點上進行了更新。從原先的SF2和SF2P兩個節點，再增加三個節點，分別是SF2X、SF2Z和SF2A。其中SF2和SF2P依然是針對移動應用打造，而SF2X和SF2Z則是為了HPC/AI應用打造，同時三星也把背面供電率先集成在SF2Z上，SF2A則是針對汽車應用打造的節點。

SF2和SF2P兩大節點分別計劃25年和26年量產，SF2X計劃26年量產，而SF2Z和SF2A分別定在27年量產。由此看來，雖然路線圖有所更新，但三星依然是最后一個用上背面供電技術的晶圓廠，作為從2022年起就開始生產GAA的晶圓廠，三星在GAA的技術成熟度上應該不輸其他兩家。

三星在本次SFF大會上，也再次保證1.4nm的SF1.4工藝準備工作仍在穩步進行，性能和良率目標不變，且與SF2Z一樣，預計于2027年進入大規模量產。作為“超越摩爾”工作的一環，三星也在持續尋求材料和架構上的創新，從而在1.4nm之后的工藝上實現突破。

被謹慎對待的背面供電技術

與傳統的正面供電技術相比，背面供電技術無疑可以提高芯片性能，有的甚至還能進一步降低成本，但在技術成熟前，晶圓廠面臨的是良率、可靠性、散熱和調試性能上可能存在的多重問題，所以絕大多數晶圓廠仍在權衡，或許今年下半年英特爾推出的Arrow Lake處理器能給我們一個參考。

與此同時，晶體管密度也可能不再是劃分先進與成熟工藝的唯一標準，從這三家廠商的路線圖來看，即便未來進一步改進的3nm或4nm節點，很可能還是會繼續使用FinFET和傳統正面供電技術。