Совместная исследовательская группа продемонстрировала, как она утверждает, первый монолитный 3D‑интегральный чип, изготовленный на коммерческом заводе в США, сообщив о значительном росте производительности по сравнению с традиционными плоскими схемами. Прототип был разработан инженерами из Стэнфорда, Карнеги‑Меллона, Университета Пенсильвании и MIT, а изготовлен в сотрудничестве с компанией SkyWater Technology.
Чип отличается от привычных двумерных схем тем, что память и логика располагаются друг над другом в едином непрерывном процессе. Вместо сборки нескольких готовых кристаллов в корпус исследователи создавали каждый слой устройства последовательно на одной пластине, используя низкотемпературный процесс, не повреждающий нижние цепи. 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 90–130 нм. В стек интегрированы традиционная кремниевая CMOS‑логика, слои резистивной памяти (ReRAM) и полевые транзисторы на основе углеродных нанотрубок, всё это выполнено при тепловом бюджете около 415 °C. По словам команды, ранние аппаратные тесты показали примерно четырёхкратное увеличение пропускной способности по сравнению с сопоставимой 2D‑реализацией при аналогичной задержке и площади.
Двенадцатикратное улучшение производительности в симуляциях
Помимо измеренных аппаратных результатов, исследователи оценили более высокие стеки в симуляциях. Конструкции с дополнительными уровнями памяти и вычислений показали до двенадцатикратного прироста производительности на задачах в стиле ИИ, включая модели, основанные на архитектуре LLaMA от Meta. Группа также утверждает, что архитектура в перспективе может обеспечить 100‑кратное или даже 1000‑кратное улучшение показателя «energy‑delay product» (комбинированной метрики скорости и эффективности), если продолжить масштабировать вертикальную интеграцию вместо уменьшения транзисторов.
Хотя академические лаборатории ранее демонстрировали экспериментальные 3D‑чипы, команда подчёркивает, что данная работа отличается тем, что выполнена в условиях коммерческого производства, а не в специализированной исследовательской линии. Руководители SkyWater, участвовавшие в проекте, описали его как доказательство того, что монолитные 3D‑архитектуры можно внедрить в отечественные производственные процессы, а не ограничивать университетскими чистыми комнатами.
«Превратить передовую академическую концепцию в то, что может изготовить коммерческий завод, — огромный вызов», — отметил соавтор Марк Нельсон, вице‑президент по операционной деятельности в области технологической разработки SkyWater Technology.
Команда представила своё исследование на конференции IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2025), проходившей с 6 по 10 декабря.
Оригинал
Уникальность
