在信息时代，数据处理速度的不断提高迫使我们面临巨大的挑战：晶体管的密度达到了不可思议的水平，这些小数字开关比以往任何时候都产生更多的热量。 虽然表面上看似容易管理，但实际上，从EDA公司、工艺设备制造商、晶圆厂、封装厂、现场监控分析提供商、材料供应商、研究团队等一系列全行业都需要共同解决的新问题。   新技术的挑战 近年来，越来越多的晶体管封装在固定区域，以及与泄漏功率的斗争已成为该行业的焦点。 然而，每一个新节点都带来了一系列需要解决的新问题。例如，新的晶体管结构变化，如环栅FET和复合FET，给性能提升带来了希望，但也给设计、测量、检测和测试带来了更大的挑战和成本。   ● 热量和功耗的挑战:电源问题，尤其是热量问题，是制约当今芯片和系统设计的关键因素。晶体管密度的持续增加导致功率密度增加，限制了时钟频率的增加。 因此，许多重要的改进集中在晶体管本身的外围技术上，如硬件-软件协同设计、物理层和互联性更快、使用新材料和算法更稀疏等。 ● 功耗密度和时钟频率的限制：随着晶体管密度的增加，功耗密度也相应增加，从而限制了时钟频率的增加。 因此，有必要寻找外围技术的改进，如硬件-软件协同设计、PHY和互联速度更快、绝缘和电子迁移率的新材料、算法更稀疏等。 ● 动态热梯度和热应力：动态热梯度成为高密度芯片和包装中令人担忧的问题。瞬态热梯度的不可预测性和变化可能会导致热应力，从而影响芯片的可靠性和性能。 ● 热量问题：热量不仅会影响系统的性能，还会导致一系列不可预测的问题。所有这些问题都缩短了芯片的寿命，从电介质的突破、电迁移到内存运行速度的降低，以及噪声对信号完整性的影响。 应对策略   电力问题没有单一的解决方案，但有许多局部解决方案。 ● 限制过度设计，即根据目标用例确定必要的功能，避免增加不必要的功能。 ● 为了保证电力覆盖范围足够，在设计中考虑实际工作负荷。 ● 背面供电是一种选择，特别是在最先进的节点上，可以降低功耗。 ● 利用芯片和包装内部传感器来监控电源行为的变化也是一种方法。 ● 通过优化TSV布局和使用散热通孔，将热量传递到散热的地方，可以有效地减少热量问题。 电源问题与芯片的架构、布局和接线、信号完整性、热量、可靠性、可制造性和老化密切相关。要解决这些问题，整个行业都需要共同努力，学会处理或解决与电力相关的各种影响。 行业需要更好地了解完整的系统堆栈，并采取相应的措施。对瞬态热梯度的建模和分析可以帮助工程师更好地预测和解决问题。对于晶体管的新结构和工艺，需要不断创新和加强模拟和测试，以应对可能出现的问题。从过度设计的限制到实际工作负荷的运行，从背面供电到使用传感器监控与电源相关的行为的变化，都是处理电源问题的方法。 随着技术的不断进步，电源设计面临的挑战也在增加。解决这些挑战需要整个行业的共同努力和不断创新，以确保芯片和系统的稳定运行，为信息社会的发展提供可靠的支持。 通过全面了解电源问题的本质，采取适当的措施，我们可以为未来的芯片设计铺平道路，使其更加高效、可靠、可持续。