В США создали первый монолитный 3D-чип на коммерческой фабрике

Совместная группа исследователей продемонстрировала, по её заявлению, первый монолитный трёхмерный интегральный чип, произведённый на коммерческой фабрике в США, сообщив о значительном приросте производительности по сравнению с традиционными плоскими чипами. Прототип был разработан инженерами из Стэнфорда, Карнеги-Меллон, Пенсильванского университета и MIT, а произведён в партнёрстве с компанией SkyWater Technology.

Чип отличается от обычных двумерных компоновок тем, что память и логические элементы расположены друг над другом в едином непрерывном процессе. Вместо сборки нескольких готовых кристаллов в один корпус, исследователи построили каждый слой устройств последовательно на одной пластине, используя низкотемпературный процесс, который не повреждает нижележащие схемы. В результате получилась плотная сеть вертикальных соединений, сокращающая пути передачи данных между ячейками памяти и вычислительными блоками.

Прототип был изготовлен на производственной линии SkyWater диаметром 200 мм с использованием зрелого техпроцесса от 90 до 130 нм. Стек объединяет обычную кремниевую КМОП-логику со слоями резистивной памяти (ReRAM) и полевыми транзисторами на углеродных нанотрубках. Всё это было произведено при тепловом бюджете около 415°C. По данным команды, ранние аппаратные тесты показывают примерно четырёхкратное улучшение пропускной способности по сравнению с аналогичной 2D-реализацией, работающей с сопоставимой задержкой и занимаемой площадью.

Двенадцатикратный прирост производительности в симуляциях

Помимо измеренных аппаратных результатов, исследователи также оценили более высокие стеки с помощью моделирования. Конструкции с дополнительными уровнями памяти и вычислений показали до двенадцатикратного улучшения производительности на задачах в стиле ИИ, включая модели, производные от архитектуры LLaMA от Meta. Группа также утверждает, что архитектура в конечном итоге может обеспечить 100-кратное или даже 1000-кратное улучшение показателя «энергия-задержка» (совокупной метрики скорости и эффективности) за счёт дальнейшего масштабирования вертикальной интеграции, а не уменьшения размеров транзисторов.

Хотя академические лаборатории ранее демонстрировали экспериментальные 3D-чипы, команда подчёркивает, что эта работа отличается тем, что она построена в коммерческой фабричной среде, а не на специальной исследовательской линии. Руководители SkyWater, участвовавшие в проекте, описали эту работу как доказательство того, что монолитные 3D-архитектуры можно перенести в потоки отечественного производства, а не оставлять их в университетских чистых комнатах.

«Превращение передовой академической концепции во что-то, что может построить коммерческая фабрика, — это огромная задача», — сказал соавтор работы Марк Нельсон, вице-президент по операциям технологического развития SkyWater Technology.

Команда представила своё исследование на Международной конференции по электронным устройствам IEEE (IEDM 2025), проходившей с 6 по 10 декабря.

Источник: Tomshardware.com

* Meta, Facebook и Instagram запрещены в России.