芯片堆疊技術將給電子設備帶來重大改變
發(fā)表于：2017-12-01 作者：dsm1219 關注度：137
作為幾乎所有日常電子產(chǎn)品最基礎的一個組件，微芯片正出現(xiàn)一種很有意思的現(xiàn)象。通常又薄又平的微芯片，如今卻堆疊得像薄煎餅那樣，由二維變成三維——這將給電子設備帶來重大的影響。
芯片設計師們正在發(fā)現(xiàn)那種堆疊方式可在性能、能耗和功能上帶來各種意想不到的好處。沒有這種技術，蘋果智能手表AppleWatch也就無法做出來，三星最先進的固態(tài)存儲器、來自英偉達和谷歌的人工智能系統(tǒng)和索尼超級快速的新型相機也不例外。
這種3D堆疊類似于城市規(guī)劃。沒有它的話，隨著產(chǎn)品需要內(nèi)置更多的零部件，電路板上的微芯片會不斷延伸，微芯片之間的距離會越隔越遠。然而，一旦開始對芯片進行堆疊，你就能形成一個硅制“城市”，里面的一切會變得更加鄰近。
從物理學角度來看，這種設計的優(yōu)勢顯而易見：當電子需要通過銅線行進更長距離的時候，會消耗更多的能量，產(chǎn)生熱量，同時也減少頻寬。ARM旗下微芯片設計公司ARMResearch未來硅技術主管格雷格·耶里克指出，堆疊式芯片更加高效，產(chǎn)生較少的熱量，能夠以光速在短得多的互聯(lián)通道里進行通信。
雖然3D堆疊芯片背后的原理簡單明了，但要制造起來可不容易。耶里克說道，該技術概念于1960年代被首次提出，此后零星地出現(xiàn)在一些高端應用當中，比如軍用硬件。
堆疊式芯片通常是其他蜷縮起來的芯片“封裝”的一部分。除了節(jié)省空間以外，還可讓廠商們能夠（通過不同的制造工藝）打造許多不同的芯片，然后多多少少將它們黏合在一起。“3D堆疊式封裝”的做法不同于頻繁用于手機的“系統(tǒng)級芯片”做法，后者是將所有不同的手機部件蝕刻在單一的硅片上。
從第一代開始，AppleWatch就由最先進的3D堆疊式芯片封裝之一驅(qū)動。在該智能手表中，30種不同的芯片密封在一個塑料包層里面。為了節(jié)省空間，存儲芯片堆疊在邏輯電路上面。要是沒有芯片堆疊技術，該手表的設計就無法做得如此緊湊。
蘋果的芯片只是堆疊成兩層高，而三星卻做出了名副其實的硅制“高樓大廈”。三星用于手機、相機和筆記本數(shù)據(jù)存儲的V-NAND閃存足足堆疊了64層芯片。三星也剛剛宣布，未來的版本將會有96層。英偉達針對人工智能打造的Volta微處理器，GPU上堆疊了八層的高頻寬存儲器。
存儲是芯片堆疊技術的一項自然而然的應用，因為它解決了長久以來一直困擾芯片設計師的一個問題：給從iPad到超級計算機的任何設備增加更多的核心，并不能換來所期望的速度提升，因為邏輯電路之間的通信延遲和所需要的存儲能力。而將存儲組件直接堆疊在芯片上，則可以讓二者之間的連接路徑縮短。
芯片堆疊也帶來了一些全新的功能。有的手機攝像頭將圖像傳感器直接疊加在處理圖像的芯片上面。額外的速度意味著，它們能夠?qū)φ掌M行多次曝光，并將其融合在一起，在昏暗的場景里捕捉到更多的光線。
讓芯片從二維變成三維，只是個開始。不久以后，芯片層將會通過光而非電流來通信。在更遙遠的未來，隨著我們用擁有前所未見的處理性能的閃亮晶體替換電路板，它們將會完全擺脫硅——可能轉(zhuǎn)向人造鉆石。
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