Intel предлагает интегрированные конденсаторы нового поколения — ключ к стабильному источнику питания для будущих чипов искусственного интеллекта
Когда речь идет о новых технологических процессах, транзисторы всегда являются ключевыми элементами, определяющими производительность и энергопотребление чипов. При этом каждый элемент чипа по-своему важен и может считаться ключевым.
Сегодня Intel похвасталась разработкой нового поколения конденсаторов — ключевых элементов для стабильной производительности и мощности чипов. Как и транзисторы, они также нуждаются в масштабировании для новых технологических процессов.
По мнению разработчиков из Intel Foundry, подразделения контрактного производства чипов, следующее поколение интегрированных конденсаторов можно считать значительным прорывом в технологиях распределения энергии для чипов в эпоху искусственного интеллекта. Речь идет о разработке нового поколения MIM (металл-изолятор-металл) конденсаторы, которые могут радикально улучшить стабильность питания современных и будущих процессоров. Согласно сообщению в блоге Intel Community, эти конденсаторы обеспечивают почти в три раза большую плотность емкости по сравнению с существующими решениями, не усложняя производственный процесс.
С миниатюризацией транзисторов и увеличением энергопотребления микросхем AI и HPC проблема стабильного электропитания становится все острее. Внезапные скачки нагрузки приводят к просадке напряжения, и миллиарды транзисторов в одном процессоре могут переключаться одновременно, и каждый из них «говорит: дайте ток». В схемах также появляются шумы, и все это приводит к снижению КПД. Традиционно развязывающие конденсаторы решают эту проблему, действуя как локализованные «резервуары заряда»: они немедленно подают ток при пиковой нагрузке и поглощают избыток при падении нагрузки.
Новые материалы MIM, представленные Intel, обеспечивают плотность емкости 60–98 фФ/мкм² (в зависимости от выбора компонентов), что в три и более раз превышает текущую эффективность, сохраняя при этом чрезвычайно низкий уровень утечки – на три порядка ниже отраслевых требований.
В работе, представленной ранее на конференции IEDM 2025, компания Intel определила три перспективных материала для МИМ-структур: сегнетоэлектрик гафний-цирконий (ХЗО), диоксид титана (ТиО₂) и титанат стронция (СТО). Эти материалы интегрированы в стандартные «траншейные» структуры на обратной стороне кристалла, что делает технологию совместимой с существующими процессами. Внешне это выглядит как цилиндр со стержнем внутри, между которыми помещен диэлектрический материал. Данная конструкция конденсатора представляет собой практически однослойный конденсатор, что упрощает изготовление. В настоящее время Intel использует технологию производства конденсаторов Omni MIM, которая проиллюстрирована на фотографии выше.
С помощью новых материалов Intel Foundry рассчитывает значительно улучшить производительность на ватт чипов для центров обработки данных, мобильных устройств и ускорителей искусственного интеллекта, где требования к мощности и плотности транзисторов растут в геометрической прогрессии. Каждый из трех материалов представляет собой первое крупномасштабное использование сегнетоэлектриков в качестве диэлектрических материалов. Эти материалы изменяют значения емкости под воздействием внешнего поля, сохраняя при этом стабильность заданных параметров.
Улучшенные диэлектрические свойства новых материалов позволяют конденсаторам оставаться стабильными при нагреве до 90°C в течение до 400 000 секунд, стабилизируя подачу питания на транзисторы и сам чип. По оценкам обещают 10 лет непрерывной работы без сбоев в электросети, даже при постоянном перенапряжении, что понравится оверклокерам.
Каждый из трех материалов найдет свою нишу: HZO – практичный вариант на короткий срок – с хорошей надежностью и простой интеграцией. TiO₂ — это следующий шаг вперед, предлагающий более высокую емкость и исключительную способность работать при высоком напряжении. С другой стороны, STO обеспечивает максимальную плотность емкости и предназначен для приложений, в которых приоритетом является достижение максимально возможной емкости.
На новом этапе Intel разработает технологические процессы, которые помогут внедрить производство конденсаторов MIM из новых материалов в существующие процессы. Подробнее об этом можно прочитать в блоге Intel Foundry.
