全球首次成功將集成穩(wěn)壓器內(nèi)置于3-D芯片底部，據(jù)IBM和哥倫比亞大學(xué)研究員表示，目前正在ISSCC（International Solid State Circuits Conference，國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議）上證明硅中介層內(nèi)含磁性電感器的必要性和可行性。

在將磁性電感器置于3-D芯片底部，其過程展示了如何將平時(shí)設(shè)計(jì)中認(rèn)為體積較大的分立元器件--穩(wěn)壓器被集成到其他CMOS設(shè)計(jì)流程中。盡管TSVs和其他穩(wěn)壓器元件沒在其中，但其示范性概念驗(yàn)證展示了位于硅中介層的穩(wěn)壓器如何成功被集成到未來(lái)的3-D芯片中。

“我們目前已經(jīng)完成了這一步，那就是將功率電感器放到我們所說的2.5-D硅中介層中，請(qǐng)注意目前由于TSVs技術(shù)的缺失，這里嚴(yán)格來(lái)說并非3-D”，哥倫比亞大學(xué)Ken Shepard教授指出，“下一步我們將致力于突破完成真正意義上的3-D堆疊芯片，即芯片內(nèi)部的硅中介層將不但內(nèi)置功率電感器，而且也包含傳動(dòng)系統(tǒng)。該傳動(dòng)系統(tǒng)主要完成晶體管控制功率電感器從而使電流通過中介層傳送到達(dá)芯片頂層的CMOS器件中。”

目前的穩(wěn)壓器和其他分立器件一樣，和分立IC芯片被一起焊接到PCB板上，與芯片插腳連接到一起，由板上的配電網(wǎng)絡(luò)電路芯片封裝插腳提供足夠大的電流來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因此，電源的損耗和完整性成為設(shè)計(jì)思量的兩大令人頭疼的問題。盡管如此，隨著穩(wěn)壓器置于3-D芯片的時(shí)代即將到來(lái)，未來(lái)的具有自動(dòng)調(diào)整的3-D CMOS芯片將容許這些低壓高電流的電路回路存在，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的負(fù)載來(lái)改善整體能效，將達(dá)到20%。

未來(lái)置于硅中介層的穩(wěn)壓器也會(huì)根據(jù)智能節(jié)能技術(shù)的需求為現(xiàn)代處理器和存儲(chǔ)芯片提供相應(yīng)的電壓。比如，通過控制電壓和頻率使之匹配于工作負(fù)載的電流。該研究者宣布集成穩(wěn)壓器（IVR）將能在未來(lái)的CMOS芯片中實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)響應(yīng)，而目前芯片外的穩(wěn)壓器只能實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的響應(yīng)，將在多核處理器中通過轉(zhuǎn)換電感來(lái)完成電壓轉(zhuǎn)換中，起到平衡工作負(fù)載的作用。

通過哥倫比亞研究設(shè)計(jì)，并由其合作伙伴IBM對(duì)芯片進(jìn)行封裝，宣布該IVR技術(shù)將為其全國(guó)數(shù)據(jù)中心節(jié)省了270萬(wàn)美元的電力成本。