芯片技术迈入“立体集成”时代,突破传统性能瓶颈
近年来,芯片制造行业在持续缩小元件尺寸的过程中,逐渐逼近物理极限。一项创新性研究通过改变芯片结构设计,绕过了长期制约计算能力提升的障碍,为未来电子产品的环保制造开辟了新方向。
自上世纪中叶起,提升电子设备性能的主要途径是不断缩小晶体管体积,并在单位面积内集成更多元件。这一技术演进路线曾被业界广泛认同的“摩尔定律”所描述,即芯片上可容纳的元器件数量每年成倍增长。然而,该趋势约在十年前开始趋缓。来自沙特阿卜杜拉国王科技大学的李晓航团队提出,应对挑战的新思路可能在于改变芯片的构建维度——从平面扩展转向立体叠加。
研究团队成功研制出具有41层独立半导体结构的立体芯片,每层之间通过特殊隔离材料实现电气分离。这种叠层设计的总高度达到以往产品的近十倍。在验证阶段,科研人员制备的六百个样品均表现出稳定的工作特性与良好的一致性,部分叠层芯片已能实现数据处理与信号感知等基础功能,其综合性能可与常规平面芯片相媲美。
李晓航指出,这种新型叠层工艺的能耗显著低于传统制造方式。团队成员、曼彻斯特大学教授托马斯·安东尼奥补充说明,该技术未必直接应用于超级计算机领域,但若能推广至智能家居设备与便携式医疗仪器等消费级产品,将有效降低电子信息产业的碳排放,同时通过增加叠层数量持续提升设备功能。
关于立体芯片的发展潜力,安东尼奥表示:“理论上层数可以无限增加,这需要持续的技术攻关。”普渡大学穆罕默德·阿拉姆教授则指出,散热管理仍是实际应用中的关键难题。他形象地比喻,多层芯片如同穿着多件保暖外套进行散热,每增加一层都会加剧温控挑战。阿拉姆认为芯片耐受温度需从现有标准提升三十摄氏度以上才能满足商用需求,但他同时肯定,在可预见的未来,“垂直发展”将是推动电子技术前进的重要路径。
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