刚刚，美国打破了摩尔定律：第一颗单片3D芯片问
日期：2025-12-16 11:29 浏览：
美国首款3D芯片发布！ 1000倍势能效率，一座“曼哈顿”在硅片上拔地而起——这是只发生在美国商业代工厂里的真实场景，芯片的历史从此被改写。 2025年12月10日，一项可能彻底改变人工智能硬件格局的研究引爆了科技圈。由斯坦福大学Subhasish Mitra教授领衔，汇聚麻省理工学院（MIT）、卡内基梅隆大学（CMU）、宾夕法尼亚大学顶尖人才，在第71届IEEE国际电子器件大会（IEDM）上正式公布成果：全球首款由美国商业代工厂生产的“单片3D”芯片。这不仅意味着摩尔定律的延续，也预示着未来AI芯片将告别“平房时代”，正式进军垂直领域y堆叠的“摩天大楼时代”。
现在AI有多流行，芯片就有多痛苦。你可能不知道，当你在 ChatGPT 中输入下一行时，芯片内部经历了绝望的“晨峰”。传统芯片是2D的，就像一个大的扁平社区，计算单元（CPU/GPU）位于东端，存储单元（内存）位于西端。由于AI模型（例如Llama）中的数据量非常大，因此海量数据必须在两地之间的一些繁忙的“道路”上疯狂地传播。结果是计算单元运行得很快，但总是在等待数据发送。这就是著名的记忆墙。与此同时，晶体管达到了其物理极限。如果需要的话，如果我们将更多的晶体管塞进一个平面，我们将建造一堵小型化墙。这两堵墙锁住了人工智能进化的咽喉。既然土地不够，道路又太堵，为什么不建在空中呢？斯坦福大学和 SkyWater Technology（一家纯粹的美国公司）可以代工厂）不再像以前那样像乐高（也就是传统的3D封装）那样将两块成品芯片“粘”在一起，而是采用了一种叫做单片3D集成的黑科技。简单来说，它不像搭积木，而是盖房子——第二层和第三层直接“生长”在第一层电路之上。这个过程非常危险，因为用于创建上部电路的高温通常会很快烧毁下面脆弱的电路。不过，Arrow团队成功攻克了一种低温制造工艺，已经研发出，让计算单元和存储单元成为真正的“上下”邻居。借助这种新的3D芯片架构，几毫米的长距离移动变成了几微米的垂直上下移动。研究人员在芯片内部钻了超密集的垂直电线，就像摩天大楼中的高速电梯一样。数据不需要花很长时间，可以直接乘坐电梯重新获取立即连接计算单元。卡内基梅隆大学的Tathagata Srimani教授打了个比方：它就像高层公寓楼里的一部电梯，可以让数百甚至数千人同时在楼层之间穿梭。这就是“计算界的曼哈顿”——在更小的空间中提供更多的智能。效果如何？来吧，让数据说话。在初步的硬件测试中，这款3D芯片的性能是同类2D芯片的四倍。但这只是一个热身。仿真数据表明，未来随着堆叠层数的增加，在运行真正大型的AI模型时，性能可提升高达12倍。最引人注目的是它潜在的能源效率。研究人员指出，通过缩短数据路径和增加垂直通道，这项技术有望将能量延迟乘积（EDP，能量消耗速度与平衡的最终指标）提高100到1000次。这是什么概念？这意味着，未来运行大型机型的手机可能甚至感觉不到热量，而只是损失一点点实力。最重要的是，这款芯片并不是诞生在专门为发表论文而设计的实验室设备中，而是运行在SkyWater的商业流水线上。这意味着这种听起来像是未来科技的东西已经具备了大规模量产的雏形。斯坦福大学教授Philip Wong直言：这不仅是性能上的突破，更是能力的证明。当飞机的领土耗尽时，唯一的出路就是向上。我们正处于芯片设计维度的转折点。平房虽然稳固，却无法容纳全人类膨胀的AI梦想；是时候建造属于硅基生命的巴比伦巴别塔了。参考文献：Subhasish Mitra 等人。 “Monolithic 3D Integration”，第 71 届 IEEE Interna 年度会议论文集国家电子器件会议 (IEDM)，2025 年 12 月。斯坦福工程学院，“研究人员推出突破性 3D 芯片以加速人工智能”，2025 年 12 月 10 日。
美国首款3D芯片发布！ 1000倍势能效率，一座“曼哈顿”在硅片上拔地而起——这是只发生在美国商业代工厂里的真实场景，芯片的历史从此被改写。 2025年12月10日，一项可能彻底改变人工智能硬件格局的研究引爆了科技圈。由斯坦福大学Subhasish Mitra教授领衔，汇聚麻省理工学院（MIT）、卡内基梅隆大学（CMU）、宾夕法尼亚大学顶尖人才，在第71届IEEE国际电子器件大会（IEDM）上正式公布成果：全球首款由美国商业代工厂生产的“单片3D”芯片。这不仅意味着摩尔定律的延续，也预示着未来AI芯片将告别“平房时代”，正式进军垂直领域y堆叠的“摩天大楼时代”。
现在AI有多流行，芯片就有多痛苦。你可能不知道，当你在 ChatGPT 中输入下一行时，芯片内部经历了绝望的“晨峰”。传统芯片是2D的，就像一个大的扁平社区，计算单元（CPU/GPU）位于东端，存储单元（内存）位于西端。由于AI模型（例如Llama）中的数据量非常大，因此海量数据必须在两地之间的一些繁忙的“道路”上疯狂地传播。结果是计算单元运行得很快，但总是在等待数据发送。这就是著名的记忆墙。与此同时，晶体管达到了其物理极限。如果需要的话，如果我们将更多的晶体管塞进一个平面，我们将建造一堵小型化墙。这两堵墙锁住了人工智能进化的咽喉。既然土地不够，道路又太堵，为什么不建在空中呢？斯坦福大学和 SkyWater Technology（一家纯粹的美国公司）可以代工厂）不再像以前那样像乐高（也就是传统的3D封装）那样将两块成品芯片“粘”在一起，而是采用了一种叫做单片3D集成的黑科技。简单来说，它不像搭积木，而是盖房子——第二层和第三层直接“生长”在第一层电路之上。这个过程非常危险，因为用于创建上部电路的高温通常会很快烧毁下面脆弱的电路。不过，Arrow团队成功攻克了一种低温制造工艺，已经研发出，让计算单元和存储单元成为真正的“上下”邻居。借助这种新的3D芯片架构，几毫米的长距离移动变成了几微米的垂直上下移动。研究人员在芯片内部钻了超密集的垂直电线，就像摩天大楼中的高速电梯一样。数据不需要花很长时间，可以直接乘坐电梯重新获取立即连接计算单元。卡内基梅隆大学的Tathagata Srimani教授打了个比方：它就像高层公寓楼里的一部电梯，可以让数百甚至数千人同时在楼层之间穿梭。这就是“计算界的曼哈顿”——在更小的空间中提供更多的智能。效果如何？来吧，让数据说话。在初步的硬件测试中，这款3D芯片的性能是同类2D芯片的四倍。但这只是一个热身。仿真数据表明，未来随着堆叠层数的增加，在运行真正大型的AI模型时，性能可提升高达12倍。最引人注目的是它潜在的能源效率。研究人员指出，通过缩短数据路径和增加垂直通道，这项技术有望将能量延迟乘积（EDP，能量消耗速度与平衡的最终指标）提高100到1000次。这是什么概念？这意味着，未来运行大型机型的手机可能甚至感觉不到热量，而只是损失一点点实力。最重要的是，这款芯片并不是诞生在专门为发表论文而设计的实验室设备中，而是运行在SkyWater的商业流水线上。这意味着这种听起来像是未来科技的东西已经具备了大规模量产的雏形。斯坦福大学教授Philip Wong直言：这不仅是性能上的突破，更是能力的证明。当飞机的领土耗尽时，唯一的出路就是向上。我们正处于芯片设计维度的转折点。平房虽然稳固，却无法容纳全人类膨胀的AI梦想；是时候建造属于硅基生命的巴比伦巴别塔了。参考文献：Subhasish Mitra 等人。 “Monolithic 3D Integration”，第 71 届 IEEE Interna 年度会议论文集国家电子器件会议 (IEDM)，2025 年 12 月。斯坦福工程学院，“研究人员推出突破性 3D 芯片以加速人工智能”，2025 年 12 月 10 日。