随着摩尔定律的演进，芯片内部的晶体管尺寸越来越小，密度也越来越高，堆叠层数也越来越多，可能需要穿过10~20层堆叠才能为下方的晶体管提供电源和数据信号，这导致互连线和电源线共存的线路层变成了一个越来越混乱的网络。同时，电子在向下传输的过程中，会出现IR压降现象，导致芯片晶体管接收电压降低，从而导致性能降低。
除了电力损失，供电线路占用空间也是问题。芯片电源线路布线复杂的后段制程，往往占据至少20%资源，如何解决信号网络跟供电网路资源排挤问题，使元件微缩，变成芯片设计者主要挑战，这就造成半导体业界开始把供电网络转移到芯片背面的原因。
台积电超级电轨：2025年A16制程亮相，技术复杂提高芯片效率
晶圆代工龙头台积电日前在北美技术论坛公布的A16制程，除了容纳更多晶体管，提升运算性能，更降低能耗。更令人关注的是，A16将导入结合超级电轨（Super PowerRail）构架与纳米片晶体管技术。其中，超级电轨技术就是将向晶体管输送电力的线路转移到芯片的背面，也被称为背面供电技术。
台积电A16制程采用超级电轨技术，使得不太容易出现电压下降，不仅简化电力分配，还允许芯片电路更紧密封装，可以让处理器放入更多晶体管以提高运算能力。晶体管由四个主要元件组成，源极、漏极、信道和闸极。源极是电流流入晶体管的入口点，漏极是出口，信道和闸极依序负责协调电子的运动。
台积电A16将电力传输线直接连接源极和漏极，决定更复杂设计是因有助提高芯片性能。超级电轨A16将较N2P相同Vdd（工作电压），运算速度增加8%~10%，或相同运算速度，功耗降低15%~20%，芯片密度提升高达1.10倍，支持数据中心产品。
英特尔PowerVia：今年Intel 20A生产就绪
与台积电超级电轨相同，英特尔也拥有自己的背面供电解决方案PowerVia。电源线原本可能占据芯片20%空间，但PowerVia背面供电技术可以节省空间，也意味互连层可更宽松。
英特尔团队还特地制作Blue Sky Creek测试芯片证明，背后供电电源线和互连线可分离并线径更大，以改善供电和信号传输。测试结果显示，芯片大部分区域的标准单元利用率都超过90%，平台电压降低30%，并达成6%频率提升，同时单元密度也大幅增加，并有望降低成本。PowerVia测试芯片也展示良好的散热特性，符合逻辑微缩预期将实现的更高功率密度。
PowerVia也计划导入英特尔代工服务（IFS），客户设计芯片能更快达能效和性能提升。英特尔PowerVia背后供电介绍，英特尔Intel 20A制程采PowerVia背后供电技术及RibbonFET全环绕栅极晶体管构架，上半年生产准备就绪，未来量产客户端ARL平台正在晶圆厂启动步进（First Stepping）。
三星2027年SF1.4制程将应用
台积电另一竞争对手三星除了率先转型GAA晶体管技术，背后供电（BSPDN）也是三星追逐先进制程的杀手锏。此前韩国媒体报导，三星代工部门技术长Jung Ki-tae Jung曾宣布，2027年将背后供电用于1.4nm制程。
与传统前端供电网络相比，三星背后供电网络使耗用晶圆面积减少14.8%，芯片空间更多，增加更多晶体管，提高整体性能，布线长度减少9.2%，有助降低电阻使更多电流通过，降低功耗，改善功率传输状况。相关人士表示，背后供电半导体量产时间，可能会据客户时程安排有不同，三星正在调查哪些客户有需求。
编辑：芯智讯-林子
