美國首款3D芯片問世！1000倍的能效潛力，一座在硅片上拔地而起的“曼哈頓”——這是剛剛發(fā)生在美國商業(yè)代工廠里的真實一幕，芯片的歷史從此被改寫。

2025年12月10日，一項可能徹底改變?nèi)斯ぶ悄苡布窬值难芯恳丝萍既ΑＳ伤固垢４髮W(xué)Subhasish Mitra教授領(lǐng)銜，聯(lián)合麻省理工學(xué)院（MIT）、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）和賓夕法尼亞大學(xué)的頂尖大腦，并在第71屆IEEE國際電子器件會議（IEDM）上正式揭曉了這一成果：全球首款在美國商業(yè)代工廠制造的“單片三維（Monolithic 3D）”芯片。這不僅意味著摩爾定律的續(xù)命，更預(yù)示著未來的AI芯片將告別“平房時代”，正式進(jìn)入垂直堆疊的“摩天大樓時代”。

現(xiàn)在的AI有多火，芯片就有多痛。

你可能不知道，當(dāng)你就在ChatGPT上敲下一行字時，芯片內(nèi)部正在經(jīng)歷一場絕望的“早高峰”。傳統(tǒng)的芯片是2D的，就像一個巨大的平層社區(qū)，計算單元（CPU/GPU）住在東頭，存儲單元（內(nèi)存）住在西頭。

由于AI模型（比如Llama）的數(shù)據(jù)量大得驚人，海量數(shù)據(jù)必須在兩地之間那幾條擁擠的“馬路”上瘋狂往返。結(jié)果就是，計算單元跑得飛快，卻總是在干等數(shù)據(jù)送過來。

這就是著名的內(nèi)存墻（Memory Wall）。與此同時，晶體管已經(jīng)做到了物理極限，再想在平面上硬塞更多晶體管，就是微縮墻（Miniaturization Wall）。

這兩堵墻，鎖死了AI進(jìn)化的喉嚨。

既然地皮不夠，路太堵，那為什么不往天上蓋？

斯坦福和SkyWater Technology（一家純正的美國本土代工廠）不再像以前那樣，把做好的兩塊芯片像樂高一樣“粘”在一起（那是傳統(tǒng)的3D封裝），而是采用了一種被稱為單片3D集成的黑科技。

簡單來說，這不像是在搭積木，而是在蓋房子——在第一層電路之上，直接“生長”出第二層、第三層。

這種工藝極其兇險，因為制造上層電路的高溫通常會瞬間燒毀下層脆弱的線路。但研究團隊成功攻克了低溫制造工藝，讓計算單元和存儲單元實現(xiàn)了真正的“樓上樓下”做鄰居。

在這個新的3D芯片架構(gòu)里，原本幾毫米的長途奔襲，變成了幾微米的垂直上下。

研究人員在芯片內(nèi)部打通了極其密集的垂直導(dǎo)線，它們就像摩天大樓里的高速電梯組。數(shù)據(jù)不再需要繞遠(yuǎn)路，而是直接坐電梯，瞬間到達(dá)計算單元。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Tathagata Srimani教授打了個比方：這就像高層公寓里的電梯，能讓成百上千的人同時在樓層間穿梭。

這就是“計算的曼哈頓”——在更小的地基上，容納更多的智慧。

效果如何？用數(shù)據(jù)說話。

在初步的硬件測試中，這塊3D芯片的性能已經(jīng)是同類2D芯片的4倍。但這只是熱身。

仿真數(shù)據(jù)顯示，隨著未來堆疊層數(shù)的增加，在運行真實的AI大模型時，性能提升可達(dá)12倍

最讓人倒吸一口涼氣的是它的能效潛力。研究人員指出，通過縮短數(shù)據(jù)路徑和增加垂直通道，這項技術(shù)有望將能量延遲積（EDP，衡量速度與能耗平衡的終極指標(biāo)）改善100到1000倍

這是什么概念？這意味著未來的手機跑大模型，可能連發(fā)熱都感覺不到，電量卻只掉了一丟丟。

最關(guān)鍵的在于，這塊芯片不是在為了發(fā)論文而特制的實驗室設(shè)備里誕生的，而是在SkyWater的商業(yè)流水線上跑下來的。

這意味著，這種聽起來像未來科技的東西，已經(jīng)具備了大規(guī)模量產(chǎn)的雛形。斯坦福大學(xué)的Philip Wong教授一語道破天機：這不僅僅是性能的突破，更是能力的證明。

當(dāng)平面的疆域已探索殆盡，唯一的出路，就是向上。

我們正站在芯片設(shè)計維度的轉(zhuǎn)折點上。平房雖穩(wěn)，但裝不下全人類膨脹的AI夢想；是時候，去建造屬于硅基生命的巴比倫通天塔了。

參考文獻(xiàn)：

• Subhasish Mitra, et al. "Monolithic 3D Integration,"Proceedings of the 71st Annual IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), December 2025.
• Stanford School of Engineering, "Researchers unveil groundbreaking 3D chip to accelerate AI," December 10, 2025.