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A16制程技術(shù)的亮點

A16制程技術(shù)將采用全環(huán)繞柵極（GAAFET）納米片晶體管，其架構(gòu)類似于臺積電的N2系列制程技術(shù)（2nm級）。此外，它還包含背面電源軌，用于提高電源傳輸效率并增加晶體管密度。與N2P制程技術(shù)相比，A16預計在相同電壓和復雜度下性能提升8%-10%，或者在相同頻率和晶體管數(shù)量下功耗降低15%-20%。臺積電還估計，針對高端AI處理器的設(shè)計，A16可實現(xiàn)芯片密度提升1.07倍至1.10倍，具體取決于晶體管類型和使用的設(shè)計庫。

根據(jù)臺積電設(shè)計解決方案探索與技術(shù)基準部門負責人王健（Ken Wang）介紹，從N2P遷移到A16的邏輯布局相對簡單，因為單元結(jié)構(gòu)和大部分布局模式幾乎相同。

他說：“從N2P到A16的邏輯布局遷移其實非常直接，因為兩者的單元結(jié)構(gòu)和大多數(shù)布局模式幾乎相同。A16的亮點之一在于，它繼承了N2的NanoFlex功能，通過調(diào)整器件寬度來實現(xiàn)最大的驅(qū)動強度。”

BSPDN（背面供電網(wǎng)絡(luò)）的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

臺積電的超級電源軌（SPR）通過專用接觸直接連接晶體管的源極和漏極到背面供電網(wǎng)絡(luò)，極大地縮短了導線長度并降低電阻，從而最大化性能和功率效率。從生產(chǎn)角度來看，這種實現(xiàn)方式是迄今最復雜的BSPDN設(shè)計之一，甚至超過了Intel的Power Via。

然而，先進的BSPDN實現(xiàn)也意味著芯片設(shè)計師必須完全重新設(shè)計其電源傳輸網(wǎng)絡(luò)，采用新的布線策略。此外，由于芯片的熱點將位于一組導線的下方，散熱將變得更加困難，因此需要進行額外的熱量緩解設(shè)計。

設(shè)計采用背面供電網(wǎng)絡(luò)的芯片本質(zhì)上意味著采用新的實現(xiàn)方法，包括設(shè)計流程本身的變化。王健提到了需要新的熱感知布線軟件、新的時鐘樹構(gòu)造、不同的IR-Drop分析、不同的電源域以及新的熱分析簽核工具等。

EDA工具和設(shè)計生態(tài)支持

由于這一新實現(xiàn)流程的復雜性，需要新版EDA工具和仿真軟件的支持。盡管A16的節(jié)點類似于N2，許多工具已準備就緒，但目前主要EDA廠商（如Cadence和Synopsys）僅推出了“ pre-0.5版”工具。

王健表示：“A16是一項適用于復雜布線和高密度PDN設(shè)計的技術(shù)，但也帶來了新挑戰(zhàn)，因此需要額外的設(shè)計工作。我們的背面通孔VB（Backside Via）也需要在硅片上進行全面驗證。與此同時，我們正在開展全面的A16 EDA支持計劃，并將持續(xù)更新A16 EDA工具的狀態(tài)。”

總結(jié)來看，臺積電的A16技術(shù)雖然帶來了顯著的性能和功耗提升，但也提出了新的設(shè)計挑戰(zhàn)。該技術(shù)將成為高端AI處理器等復雜設(shè)計的強大工具，同時推動EDA工具與設(shè)計方法的進一步發(fā)展。