Группа ведущих исследователей из Стэнфорда, Университета Карнеги-Меллона, Пенсильванского университета и Массачусетского технологического института представила прототип первого в мире монолитного трёхмерного чипа. Этот прорыв стал возможен благодаря сотрудничеству с компанией SkyWater Technology. Новая технология обещает существенное повышение производительности и энергоэффективности по сравнению с традиционными двухмерными чипами. В этой статье мы разберём, как устроен этот инновационный чип, какие преимущества он предлагает и как это может повлиять на будущее микроэлектроники.
Что делает этот чип уникальным?
Монолитный 3D-чип отличается от классических двухмерных схем своей трёхмерной архитектурой, где память и логические элементы расположены друг над другом в рамках единого кристалла. Это открывает новые возможности для увеличения производительности и снижения энергопотребления.
Особенности конструкции
- Монолитная структура: Вместо сборки нескольких слоёв кристаллов, каждый слой создавался последовательно на одной пластине.
- Низкотемпературный процесс: Технология позволяет избежать повреждения нижележащих слоёв благодаря температуре около 415 °C.
- Вертикальные межсоединения: Плотная сеть соединений сокращает пути передачи данных между памятью и вычислительными блоками.
Технологические преимущества
Чип изготовлен с использованием зрелых техпроцессов уровня 90–130 нм на 200-мм кремниевых пластинах. В него интегрированы кремниевая CMOS-логика, резистивная память и транзисторы на основе углеродных нанотрубок. Это сочетание обеспечивает высокую производительность и энергоэффективность.
Преимущества новой технологии
Предварительные тесты показали, что монолитный 3D-чип превосходит традиционные решения по нескольким ключевым параметрам.
Производительность
- Пропускная способность: Увеличение в четыре раза по сравнению с двухмерными аналогами.
- Искусственный интеллект: Моделирование показало до двенадцатикратного повышения производительности для задач ИИ.
Энергосбережение
«Эта архитектура может обеспечить 100–1000-кратное улучшение энергосбережения», — отмечают разработчики. Это достигается за счёт вертикальной интеграции вместо уменьшения размеров транзисторов.
Коммерческий потенциал и будущее технологии
Важным аспектом этого проекта является его коммерческая реализация. В отличие от предыдущих экспериментов в лабораториях, этот чип был изготовлен на производственной линии SkyWater Technology.
Переход от лаборатории к производству
- Доказательство концепции: Проект подтвердил возможность внедрения монолитных 3D-архитектур в коммерческое производство.
- «Это огромная задача», — подчеркнул Марк Нельсон, вице-президент SkyWater Technology. — «Превратить академическую идею в продукт массового производства требует значительных усилий».
Перспективы развития
Монолитные 3D-чипы могут стать основой для следующего поколения устройств:
- «Мы ожидаем широкого применения этой технологии в области искусственного интеллекта, интернета вещей и других высоконагруженных систем», — отметили разработчики.
*Результаты исследования были представлены на Международной конференции IEEE по электронным устройствам (IEDM 2025).
«`
