Первый монолитный 3D‑процессор: революция в микросхемах памяти

Разработчики и производители микросхем памяти уже давно используют 2.5D- или 3D‑упаковки, однако настоящий прорыв ждёт в области монолитной 3D‑пакетизации. Наложение отдельных чипов друг на друга с последующим соединением сквозными кремниевыми каналами (TSV) даёт множество преимуществ, но и сопровождается теми же технологическими ограничениями. Поэтому создание полностью монолитного 3D‑процессора всё ещё в активной разработке.

Научные коллективы Стэнфорда, Карнеги‑Меллона, Пенсильванского университета и MIT объединились с компанией SkyWater Technology и смогли создать первый настоящий монолитный 3D‑процессор. Команда наложила слой памяти прямо на слой вычислительной модуля, обратившись к низкотемпературному процессу с вертикальной сетью межсоединений (TSV), которая сокращает пути передачи данных между ячейками памяти и вычислительными блоками.

«Вместо производства отдельных чипов и их последующего сплавления команда создаёт каждый слой напрямую поверх предыдущего в рамках одного непрерывного процесса. Такой монолитный подход использует температуры, достаточные для сохранения целостности компонентов, и позволяет укладывать компоненты более плотно и соединять их теснее», — заявили исследователи.

Производство прототипа осуществлялось на 90–130‑нанометровых технологических нормах. Первые аппаратные испытания показали около четырёхкратного увеличения пропускной способности по сравнению с аналогичной 2D‑реализацией при той же площади и задержке. Моделирование в задачах машинного обучения, требующих больших нагрузок на память, продемонстрировало рост в 12 раз.

Главным преимуществом разработки является то, что прототип был изготовлен на коммерчески доступной производственной линии, не требующей использования специализированного оборудования. Это открывает путь к более широкому применению монолитных 3D‑упаковок в промышленных микросхемах.