核心观点 - AI工作负载的复杂性和规模增长导致芯片功耗需求激增，NVIDIA的Blackwell功耗范围达700瓦至1400瓦[1] - 传统横向供电架构面临功率损耗和过热问题，行业正转向垂直供电技术以缩短电源路径[3][4] - 高功率密度带来热管理挑战，先进封装采用多尺度散热技术如铟合金TIM（导热率80 W/mK）[8] - 钼金属化技术可将接触电阻降低50%，在20纳米以下线宽应用中优于传统铜/钨材料[11][12] - 背面供电网络(BSPDN)通过分离电源/信号布线提升晶体管密度，但增加热管理难度[15][16] - 系统技术协同优化(STCO)成为必要，需整合芯片设计、封装和系统级热/电仿真[18][19] 技术趋势 供电架构革新 - 垂直供电技术通过嵌入式电压调节将电源轨直接集成至芯片下方，减少PCB走线损耗[4] - 基板/中介层集成供电层配合局部去耦技术，可提升电源稳定性并释放30%顶部布线空间[4] - 背面供电网络使电源阻抗降低40%，但需解决晶圆减薄至50微米以下的机械可靠性问题[15][16] 材料创新 - 钼互连在20纳米以下线宽保持低电阻特性，电子平均自由程比铜短3倍[11][12] - 相变TIM材料替代传统焊料，空洞率需控制在5%以内以避免热点形成[8][9] - 双面散热设计采用微流体冷却技术，热阻较单面方案降低60%[9] 封装技术 - 3D堆叠使热密度提升3倍，需采用TSV对准精度达±0.5μm的混合键合工艺[2][16] - 系统级封装(SiP)中供电网络阻抗需控制在10mΩ以下以避免IR压降超5%[18][19] - 嵌入式多域电容器模块可减少电源噪声达30dB，但需解决10^6次热循环可靠性[7][17] 性能指标 - AI训练芯片持续功率突发达1kW，推理芯片瞬态响应时间需<1ms[8] - 垂直供电使电源路径缩短90%，电压降从200mV降至20mV[4][15] - 钼互连在16nm线宽下电阻率比铜低40%，电迁移寿命延长10倍[12][13] - 3D堆叠芯片层间热阻需<0.5K·cm²/W以避免10%性能降级[2][9] 行业动态 - 台积电/三星已将背面供电技术导入2nm节点，晶圆成本增加15-20%[15][16] - Lam Research开发ALD钼沉积设备，沉积速率达50nm/min，均匀性±2%[11][12] - Amkor的FCBGA封装采用激光钻孔技术，通孔密度达10^4/cm²[8][9] - Imec展示双面散热原型，结温降低25℃@500W功率[15][16]