斯坦福大学研制出新一代3D芯片，芯片行业或迎颠覆性变革
2025年12月14日，美国斯坦福大学一则有关芯片制造的科技新闻，引起了业界的高度关注。他们与其他机构联合研制的新一代3D芯片，取得了关键突破。
据称，这种新一代3D芯片的测试性能达到了同类传统芯片的4倍，并且在可预见的未来其最高版本将达到同类传统芯片性能的12倍。
与此同时，新一代3D芯片的能耗也降低到了同类传统芯片的十五分之一。
那么，新一代3D芯片是如何达成以上优势的呢？这就得从传统芯片说起。
传统芯片采用的是冯·诺依曼架构，其特点在于芯片计算和存储的分离设计。
这种设计的显著缺点是，数据的运行需要在处理器和内存之间来回传输。
这不仅极大地降低了数据的运行的速度，而且占据了芯片耗能的60%-70%。
为了提高传统芯片的性能，数十年来科学家们采用的方法是不断缩短芯片的制程。
芯片的制程早已从早期的微米级别提升为目前的纳米级别，目前最先进的芯片其制程已达到3纳米以下。
尽管如此，芯片制程的提升却日趋逼近其物理极限，这也就是人们通常所说的“摩尔定律”极限。
为了突破“摩尔定律”极限，科学家们转变了芯片设计的思路，纷纷将目光转向3D芯片设计。
如果说，传统芯片设计与制造是在平面上“摊大饼”的话，那么3D芯片就是制造立体的高楼，也就是采用了三维堆叠技术。
在此之前，多家芯片巨头均已推出3D芯片制造技术。
比如，台积电采用“3D Fabric”技术，已广泛用于苹果M系列芯片制造。
三星则推出了“X-Cube”3D封装方案，而英特尔则押注“Foveros”3D封装技术。
不过，以上科技巨头的3D芯片制造技术，主要侧重于多芯片的堆叠与互联，他们并未实现单芯片内部3D堆叠技术。
斯坦福大学新一代3D芯片史无前例的突破点在于，它在真正意义上实现了单芯片内的多层堆叠。
而且，它还实现了垂直硅通孔技术。如果将3D芯片比喻为高楼大厦，那么垂直硅通孔技术就是连接不同楼层的“高速电梯”。
这种堆叠技术的巨大优势在于，它使得芯片的计算单元与存储单元得以上下直接交流，而免去了传统芯片的来回传输。
这正是新一代3D芯片性能成倍提高能耗极大降低的关键所在。
尽管新一代3D芯片实现大规模生产还存在散热、良率和成本等问题，但它却不仅预示着芯片制造的颠覆性变革，也将彻底改变未来计算设备的形态与性能。
想象一下，得益于这种芯片的高性能和低能耗，我们未来的手机可能在现有的体积基础上达到服务器级别的计算能力，而且将实现超常的续航能力。
未来的数据中心也有望实现根本性变化，它将大幅度缩小所占物理空间，同时对能源消耗也将达到前所未有的低水平。
自动驾驶，也将因芯片性能的大幅度提升，而同时处理更多的传感数据，更快更准地做出驾驶判断，提升驾驶的安全性和可靠性。
人工智能的训练也将更快更高效，人工智能大模型将加快迭代速度，人工智能大规模运用时代将提前到来。