IBM将摩尔定律推进到三维时代

日前，IBM宣布在制造环境中实现了一种突破性的芯片堆叠技术，此举为制造三维芯片扫清了障碍，摩尔定律也将因此而突破原来预期的极限。这种被称为“穿透硅通道（through-silicon vias）”的技术可以大大缩小不同芯片组件之间的距离，从而设计出速度更快、体积更小和能耗更低的系统。

IBM的这项突破实现了从二维芯片设计到三维芯片堆叠的转变，将传统上并排安装在硅圆片上的芯片和内存设备以堆叠的方式相互叠加在一起，最终实现了一种紧凑的组件层状结构，大大减小了芯片的体积，并提高了数据在芯片上各个功能区之间的传输速度。

IBM半导体研发中心副总裁Lisa Su表示：“这一突破性的进展是IBM开展十多年探索研究的成果。我们可以将三维芯片从实验室走向制造生产环节，来支持各种各样的应用。”

这种IBM新方法是依靠新的穿透硅通道技术而非长金属电线来连接目前的二维芯片，这实际上是在硅圆片上蚀刻出来的垂直连接通道，并在其中注满金属。这些通道可以使多个芯片堆叠在一起，同时支持芯片之间更大信息量的传输。

这项工艺将信息在芯片上传输的距离缩短了1000倍，与二维芯片相比可以增加最多100倍的信息通道或路径。

IBM已经在自己的生产线上运行使用这种穿透硅通道技术的芯片，并将在2007年下半年开始为客户提供使用这种方法制造的芯片样本，同时在2008年投入生产。这种穿透硅通道技术最早将被用于无线通信芯片领域，这些芯片将被安装在无线LAN和蜂窝应用所使用的功率放大器之中。另外，三维技术也将应用于更广泛的芯片应用领域，包括目前那些运行在IBM高性能服务器和超级计算机中的芯片，这些服务器和超级计算机支持着全球的商业活动、政府和科学研究工作。

IBM还将在无线通信芯片、Power处理器、蓝色基因（Blue Gene）超级计算机芯片以及高带宽内存应用中使用这种新的穿透硅通道技术：

三维无线通信技术：IBM将使用穿透硅通道技术将硅-锗无线产品的功率效率最高提高40%，从而延长电池的使用寿命。穿透硅通道技术将取代芯片上信号传输效率相对较低的电线接头。

POWER处理器将使用三维技术提高POWER网格稳定性：随着芯片上处理器内核数量的增加，无法向芯片上所有部件均衡供电成为了限制性能的因素之一。而这种技术缩短了电源与内核之间的距离并使每一内核获得充足的电源供应，并在增加处理器速度的同时，最多能将能耗降低20%。

在蓝色基因超级计算和内存阵列中使用三维堆叠技术：目前最先进的三维芯片堆叠技术将可以使多个高性能芯片相互叠加在一起，比如将处理器叠加在处理器上或将内存叠加在处理器上。IBM正在开发这种先进技术，将目前世界上速度最快计算机——蓝色基因超级计算机所使用的芯片转换为三维堆叠芯片。另外，IBM还将使用三维技术显著提升微处理器与内存之间的数据流，从根本上改变内存与微处理器之间的通信方式。通过这种性能将可以制造出新一代超级计算机。目前，使用65nm节点技术的IBM 300mm生产线正在使用这种三维堆叠技术的SRAM设计原型。

IBM的三维芯片研究

IBM十多年以来一直在IBM T.J. Watson研究中心研究三维堆叠技术，而目前对这项技术的研究已经遍布了IBM设在世界各地的实验室当中。美国国防部先进技术研究计划署（DARPA）一直在支持IBM开发将芯片扩展到三维所需的各种工具和技术，旨在提高性能以及推动芯片技术的新应用。

IBM在芯片领域的突破

IBM一直引领着整个行业探索新的材料和架构，从而拓展摩尔定律，这次也是5个月以来IBM第5次实现重大的芯片突破。

2006年12月，IBM宣布制造出了第一个使用浸没式光刻技术及超低K (ultra-low-k) 电介质互联技术的45nm芯片。

2007年1月，IBM宣布开发出了“高k金属门（high-k metal gate）”，该产品为控制晶体管主要开/关功能的关键部分提供了一种新材料。这种材料拥有极其优异的导电特性，同时可以将晶体管的大小缩减到目前无法达到的水平。

2007年2月，IBM推出第一种片上on-chip内存技术，创造了eDRAM（嵌入式动态随机访问存储器）有史以来最快的访问速度。

2007年3月，IBM推出了一种光收发器芯片组原型，速度比目前的光学组件至少快8倍。