美國首顆單片式 3D 晶片問世：商業晶圓廠實測突破，能效預估提升千倍

在美國 SkyWater Technology 的商業晶圓廠，史丹佛大學、卡內基美隆大學、賓夕法尼亞大學和麻省理工學院的工程師團隊，成功製造出首個單片式 3D 積體電路，可能為未來設備帶來高達 1,000 倍能效提升（速度與效率綜合指標）。原型晶片由團隊共同開發，卡內基美隆大學助理教授 Tathagata Srimani 領導 CNFET（奈米碳管場效電晶體）與 RRAM（電阻式 RAM）技術整合。

這款晶片突破傳統二維布局，將記憶體和邏輯單元直接堆疊，形成連續製程。研究人員在同一晶圓上逐層構建，使用低溫製程避免損壞底層電路，實現密集垂直互連，縮短數據傳輸路徑。

原型於SkyWater的200mm生產線製造，採用90nm至130nm製程，結合矽CMOS邏輯、RRAM層與CNFET，所有元件在415°C熱預算下完成。測試顯示，吞吐量比相似2D實現提升約4倍（相同延遲與占地面積）。

模擬更高堆疊設計在AI工作負載（如Meta LLaMA模型）顯示12倍性能提升，未來透過垂直擴展可達100-1,000倍能效。SkyWater技術開發營運副總裁Mark Nelson表示，將尖端學術概念轉化為商業晶圓廠產品是一項巨大挑戰，證明此架構可轉移至國內製造，而非限於大學潔淨室。

團隊於IEEE IEDM 2025（12月6-10日）展示成果，此為商業環境下3D晶片首例。

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（圖片來源：賓夕法尼亞大學）

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