Перший повноцінний 3D-чип, виготовлений на американській фабриці, поєднує транзистори з вуглецевих нанотрубок та оперативну памʼять на одному кристалі. У перспективі такі пристрої можуть забезпечити приріст до 1000 разів.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Спільна дослідницька команда продемонструвала те, що вона називає першою монолітною 3D-інтегральною мікросхемою, створеною на комерційній фабриці у США, та заявила про суттєве зростання продуктивності порівняно з класичними плоскими чипами. Прототип розробили інженери зі Стенфордського університету, Карнегі Меллона, Університету Пенсильванії та Массачусетського технологічного інституту, а виробництво відбувалося у співпраці зі SkyWater Technology.
Ключова відмінність цього чипа від традиційних двовимірних схем полягає в тому, що памʼять і логіка розміщуються безпосередньо одна над одною в межах єдиного безперервного виробничого процесу. Замість складання кількох готових кристалів у спільний корпус, дослідники послідовно формували кожен шар на одній кремнієвій пластині. Для цього застосували низькотемпературний процес, який не пошкоджує нижні шари схем, у результаті чого виникла надщільна система вертикальних зʼєднань. Це суттєво скорочує шлях передачі даних між комірками памʼяті та обчислювальними блоками.
Прототип виготовили на 200-міліметровій виробничій лінії SkyWater із використанням зрілих технологічних норм від 90 до 130 нм. Стек обʼєднує класичну кремнієву логіку CMOS, резистивні шари оперативної памʼяті та польові транзистори на основі вуглецевих нанотрубок. Усі ці елементи створювалися при температурі близько 415 °C. За даними команди, початкові апаратні вимірювання демонструють приблизно чотириразове зростання пропускної здатності порівняно з аналогічною 2D реалізацією за схожих показників затримки та площі.
Окрім фізичних тестів, дослідники проаналізували масштабніші конфігурації за допомогою моделювання. Архітектури з додатковими рівнями памʼяті та обчислювальних блоків показали до дванадцятикратного приросту продуктивності у сценаріях AI навантажень, зокрема для моделей, похідних від архітектури LLaMA від Meta. Команда також стверджує, що подальше нарощування вертикальної інтеграції, без зменшення розмірів транзисторів, потенційно здатне забезпечити від 100 до 1000 разів кращий показник енергозатримки, який поєднує швидкодію та енергоефективність.
Хоча експериментальні 3D-чипи раніше вже демонструвалися в академічних лабораторіях, автори підкреслюють принципову відмінність цієї роботи. Уперше подібну архітектуру реалізовано в умовах комерційного виробництва, а не на спеціалізованій дослідницькій лінії. Представники SkyWater, залучені до проєкту, назвали цю розробку доказом того, що монолітні 3D-архітектури можуть бути інтегровані у національні виробничі процеси, а не залишатися виключно в межах університетських чистих кімнат.
«Перетворити передову академічну ідею на технологію, придатну для комерційного виробництва, це надзвичайно складне завдання», зазначив співавтор роботи Марк Нельсон, віцепрезидент з розвитку технологій у SkyWater Technology.
Результати дослідження команда представила на Міжнародній конференції з електронних пристроїв IEEE IEDM 2025, яка проходила з 6 по 10 грудня.
Читайте також:
- Атомний горизонт: Як людство стискає чипи до меж можливого
- NVIDIA почала виготовляти AI-чипи Blackwell у США