Команда учёных из Стэнфордского университета, Университета Карнеги–Меллона, Пенсильванского университета и MIT совместно с компанией SkyWater Technology создала прототип, который они называют первой монолитной трёхмерной интегральной схемой. По утверждению разработчиков, такая архитектура обеспечивает заметный прирост производительности по сравнению с классическими плоскими чипами.
В отличие от традиционных 2D-кристаллов, в новом чипе память и логические элементы размещены вертикально друг над другом внутри единого монолита. Вместо объединения готовых слоёв исследователи поэтапно формировали каждый уровень на одной кремниевой пластине, применяя низкотемпературный технологический процесс, исключающий повреждение нижних слоёв. Такой подход позволил создать плотную систему вертикальных соединений и сократить задержки передачи данных между вычислительными блоками и памятью.
Прототип был изготовлен на производстве SkyWater для 200-мм пластин с использованием зрелых техпроцессов 90–130 нм. В состав чипа вошли кремниевая CMOS-логика, резистивная память и транзисторы на основе углеродных нанотрубок, изготовленные при температуре около 415 °C. Первичные испытания показали примерно четырёхкратный рост пропускной способности по сравнению с аналогичным двухмерным решением при сопоставимых задержках и габаритах.
Моделирование также продемонстрировало потенциал дальнейшего масштабирования: при добавлении уровней памяти и вычислений производительность в ИИ-задачах, включая модели семейства LLaMA от Meta✴, может увеличиться до 12 раз. В перспективе такая архитектура способна обеспечить 100–1000-кратное улучшение энергоэффективности за счёт вертикальной интеграции, а не уменьшения размеров транзисторов.
Хотя экспериментальные 3D-чипы ранее создавались в университетских лабораториях, авторы подчёркивают, что данная работа выполнена в рамках коммерческого производства. Представители SkyWater назвали проект доказательством реальной применимости монолитных 3D-архитектур за пределами академической среды.
Результаты исследования были представлены на Международной конференции IEEE по электронным устройствам IEDM 2025, прошедшей с 6 по 10 декабря.