新型3D晶元，開啟晶元新紀元

草根影響力新視野 編譯鍾藝

New 3D Computer Chip Uses Nanotech to Boost Processing Power

DDD

圖片來源：MIT

近日一項新的研究表示，一種結合了兩種尖端納米技術的新型3D電腦晶元可以顯著提高處理器的數據處理速度和能效。

現階段廣泛使用的晶元是由分離的存儲器（存儲數據）和邏輯電路（處理數據）組成，數據的處理需要穿梭於這兩個組件之間來進行。但由於存儲器和邏輯電路之間的連接數量有限，數據處理速度提升受到了很大的限制，特別是當需要處理的數據量在不斷增長的狀況下，這個瓶頸顯得尤為突出。

以前，這一技術瓶頸由於穆爾定律的緣故而被人們忽略，穆爾定律認為晶元上的晶體管數量可以實現每兩年增加一倍，從而帶動晶元性能的提高。但隨著晶元製造商在晶體管微型化上的突破放緩，穆爾定律逐漸不再適用。

來自斯坦福大學和馬薩諸塞理工學院的工程師們近日找到了晶元技術的突破口，他們通過將存儲器和邏輯電路分層疊加而不是並排地擺放解決了晶元性能提高的問題。研究人員說，分層疊加存儲器和邏輯電路不僅有效地利用了空間，而且大大增加了組件之間的連接面積。傳統的邏輯電路在其每個邊緣上都有有限數量的引腳來傳輸數據，相比之下，分層疊加的方式不再局限於使用邊緣，而是密集地在存儲器到邏輯電路組裝垂直連接線。

斯坦福大學電氣工程與計算機科學系教授Subhasish Mitra表示：「一個晶元就像兩個人口眾多的城市的組成物，原本的技術讓這兩個城市之間的橋樑很少。現在，我們改進了兩個城市之間的連接方式，建立了更多的橋樑，讓交通可以更有效、更高效地進行。」

除此之外，研究人員使用的碳納米管晶體管和電阻隨機存取存儲器（RRAM）新興技術，讓新型晶元比原本依靠硅技術製作的晶元更節能。這一點很重要，因為數據運行中心所需的巨大能源也是技術公司面臨的另一個重大挑戰。讓數據可以在耗能非常低的情況下來運行，同時保證可觀的運行速度，這是研究人員的目標。

研究人員表示，除了上述提到的節能優勢，新型納米技術還具有優於傳統硅基技術的抗熱優勢，這也就保證了將晶元的存儲器和邏輯電路疊加——讓晶元變成3D造型後，不會出現溫度過高而發生組件受損的問題。

有了新型技術作支撐的晶元將幫助人們解決很多大數據問題，特別是在需要運算的數據量極為龐大、演算法異常複雜、模擬深層神經網路的人工智慧領域。