剛剛，美國(guó)推倒摩爾定律：首款單片3D芯片問(wèn)世！

美國(guó)首款3D芯片問(wèn)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(guó)商業(yè)代工廠里的真實(shí)一幕，芯片的歷史從此被改寫(xiě)。

2025年12月10日，一項(xiàng)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(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）上正式揭曉了這一成果：全球首款在美國(guó)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(lái)的AI芯片將告別“平房時(shí)代”，正式進(jìn)入垂直堆疊的“摩天大樓時(shí)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(shí)，芯片內(nèi)部正在經(jīng)歷一場(chǎng)絕望的“早高峰”。傳統(tǒng)的芯片是2D的，就像一個(gè)巨大的平層社區(qū)，計(jì)算單元（CPU/GPU）住在東頭，存儲(chǔ)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(jì)算單元跑得飛快，卻總是在干等數(shù)據(jù)送過(guò)來(lái)。

這就是著名的內(nèi)存墻（Memory Wall）。與此同時(shí)，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(guó)本土代工廠）不再像以前那樣，把做好的兩塊芯片像樂(lè)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)”出第二層、第三層。

這種工藝極其兇險(xiǎn)，因?yàn)橹圃焐蠈与娐返母邷赝ǔ?huì)瞬間燒毀下層脆弱的線路。但研究團(tuán)隊(duì)成功攻克了低溫制造工藝，讓計(jì)算單元和存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)了真正的“樓上樓下”做鄰居。

在這個(gè)新的3D芯片架構(gòu)里，原本幾毫米的長(zhǎng)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(jì)算單元。

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

這就是“計(jì)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(shuō)話。

在初步的硬件測(cè)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(lái)堆疊層數(shù)的增加，在運(yùn)行真實(shí)的AI大模型時(shí)，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(guò)縮短數(shù)據(jù)路徑和增加垂直通道，這項(xiàng)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(lái)的手機(jī)跑大模型，可能連發(fā)熱都感覺(jué)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(shí)驗(yàn)室設(shè)備里誕生的，而是在SkyWater的商業(yè)流水線上跑下來(lái)的。

這意味著，這種聽(tīng)起來(lái)像未來(lái)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(yǔ)道破天機(jī)：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(jì)維度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上。平房雖穩(wěn)，但裝不下全人類膨脹的AI夢(mèng)想；是時(shí)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.