臺積電在2026年6月舉行的IEEE/JSAP VLSI研討會上,以論文T1.5的形式正式介紹了其A16工藝——公司首個埃米級CMOS平臺。該工藝將增強型納米片柵極環繞晶體管與背面供電網絡集成於一體,標誌著芯片供電架構從傳統的正面金屬層向晶圓背面的根本性轉移。
A16的核心創新在於超級電源軌(Super Power Rail,簡稱SPR)。這是一種背面直接接觸供電方案,目標直指AI與高性能計算(HPC)芯片中日益密集的電源網格與複雜的信號佈線需求。與仍將電源與信號混疊在正面金屬堆棧中的傳統做法不同,SPR將主配電網絡移至硅片背面,通過背面過孔與接觸孔直接連接晶體管的源漏區域,從而將珍貴的正面佈線資源完全釋放給時序關鍵的信號互連。
根據VLSI摘要披露的性能數據,與N2P工藝相比,A16在相同功耗下可實現8%至10%的速度提升,或在相同速度下降低15%至20%的功耗,同時帶來8%至10%的芯片密度增益。臺積電給出的量產時間表為2026年第四季度。
這一架構變革背後的技術驅動力十分明確。在先進製程節點下,正面金屬層擁塞日益嚴重,傳統電源軌與信號線爭奪有限的佈線通道。隨著供電電壓持續下降、電流密度不斷攀升,電阻性電壓損失(即IR壓降)變得愈發難以控制。對於擁有大規模同時開關電流、長距離全局互連以及高SRAM緩存佔比的AI加速器而言,IR壓降會直接侵蝕有效晶體管驅動能力,迫使設計者在時序收斂時加入更多緩衝器或放大單元尺寸,進而推高功耗與面積。
SPR通過將電源與信號物理分離,構建了一條更低電阻的VDD/VSS供電路徑。臺積電的公開資料指出,該方案不僅顯著降低了IR壓降,還通過讓正面佈線專注於信號傳輸來提升邏輯密度與性能。值得注意的是,VLSI技術摘要特別強調,A16-SPR採用了背面直接接觸供電架構、正背面金屬層以及3D MIM電容器,表明這並非簡單的佈線重排,而是一個完整的工藝集成模塊。
在設計與工藝協同優化(DTCO)層面,臺積電強調SPR保留了N2P的柵極密度與NanoFlex設計靈活性。這意味著設計者仍可在性能、功耗與面積之間進行單元佈局調優,而不必被鎖定在單一的約束性單元模板中。對於需要將方案真正落地到量產產品的芯片團隊而言,這一點比單純的測試芯片演示更具實際價值。
從產業視角觀察,A16的定位介於傳統二維微縮與未來三維邏輯集成之間。納米片器件負責柵極控制,而背面供電則直擊互連與供電瓶頸。在VLSI 2026的舞臺上,臺積電傳遞的核心信息是:A16已作為平臺級技術完成驗證並邁向生產,背面供電不再是遙遠的研究概念,而是即將進入製造現實的工程能力。對於正競相突破功耗牆與佈線擁塞瓶頸的AI算力芯片賽道,這一架構切換將重塑從物理設計到系統能效的底層邏輯。