SkyWater Technology Foundry生產出了首批可以匹敵先進硅芯片性能的3D納米管晶圓片。

這是一些你在政府主辦的技術會議上不經常看到的自發的掌聲。據悉，在近日的DARPA電子復興倡議峰會上，當時麻省理工學院的助理教授Max Shulaker拿著一片3D碳納米管IC走上舞臺，在某種程度上，它標志著DARPA將落后的晶圓廠變得可以生產與世界上最先進的晶圓廠競爭的芯片的計劃走出了堅實的一步。

他于近日在底特律對數百名工程師表示：“這片晶片是上周五制造的……這是鑄造廠制造的第一塊單片3D集成電路。”晶圓上有多個芯片，由一層CMOS碳納米管晶體管和一層RRAM存儲單元構成，這些存儲單元相互疊放，并通過稱為VIAS的密集連接器垂直連接在一起。DARPA資助的3DSoC項目背后的想法是，采用兩種技術的多層芯片將比現在的7納米芯片具有50倍的性能優勢。考慮到新芯片所基于的平版印刷工藝（90納米節點）是2004年最新的尖端技術，這一目標尤其雄心勃勃。

這個項目剛剛運行了一年左右的時間，DARPA希望在持續運行三年半之后，就可以生產出帶有5000萬邏輯門電路、4G字節非易失性存儲器、每平方毫米存在900萬個互聯通道的芯片。互聯通道之間的傳輸速度為每秒50太比特，每比特的功率消耗小于兩個皮焦耳。

當然，Shulaker目前展示的內容還不能做到這一切。但是，這是該計劃進展過程中的一個重要里程碑。與Skywater Technology Foundry和其他合作伙伴一起，“我們徹底改造了我們如何制造這項技術，將其從一項僅在我們的學術實驗室工作的技術轉變為一項可以而且現在已經在商業制造設施內工作的技術。”他說：“這是可以在美國的商業晶圓廠中實施的技術。”

與當今的2-D硅相比，該技術的潛在優勢的關鍵在于能夠堆疊多層CMOS邏輯和非易失性存儲器，同時將這些層連接起來，3DSoC團隊稱之為“層”，垂直連接的數量級更窄、更密集。比其他任何3D技術都要先進。

這種技術在硅中是不可能實現的，因為構建一層硅邏輯所需的溫度高達1000攝氏度——足以摧毀其下的硅層。3DSoC技術使用碳納米管晶體管代替，它可以在低于450攝氏度的溫度下制造。同樣，RRAM層也采用低溫工藝制造。因此，可以在不傷害下面層的情況下構建多個層。

3DSoC團隊是如何從實驗室好奇心轉變為商業流程的？“這是一個循序漸進的方法，”Skywater首席技術官Brad Ferguson告訴IEEE Spectrum。例如，他們分別計算了NMOS碳納米管晶體管和PMOS晶體管的工藝流程，并在制造任何將它們組合成CMOS電路的晶圓之前，分別為每一個晶圓制造出單獨的晶圓。他們也分別制造了RRAM的晶圓，然后計算出與該層的垂直連接。“這種循序漸進的方法確實消除了很多風險……在我們學習的過程中。”

Ferguson說，下一個重要的里程碑是在年底前集成兩層納米管晶體管RRAM。接下來的階段，Skywater和團隊的其他成員將致力于提高產量。他說：“我們正在（為RRAM）實現經濟上可行的鉆頭產量。”

在最后一個階段，合作伙伴和潛在客戶將使用流程設計工具包（第一個版本現已完成）來制造原型芯片。從那里，Skywater將能夠圍繞這一過程建立業務，并將該技術授權給其他鑄造廠。

同樣令人興奮的是，業績的增長可能會繼續改善。該工藝可以升級到65納米或更先進的制造節點，從而獲得更高的密度和更快、更強大的系統。Shulaker說：“一旦3D SoC在寬松成熟的90納米節點上實現，我們就可以依靠傳統技術進行數十年的創新。