Un chip 3-D è un circuito integrato (IC) contenente una serie tridimensionale di dispositivi interconnessi che eseguono funzioni digitali, analogiche, di elaborazione delle immagini e di reti neurali, individualmente o in combinazione.
Guarda l'immagine di un wafer diluito utilizzato per creare un chip 3-D
La tecnologia dei chip 3-D risolve una serie di problemi che hanno sfidato i produttori di chip alla ricerca di aumenti delle prestazioni e riduzioni delle dimensioni del processore. Man mano che i chip sono diventati più piccoli e più potenti, i fili che collegano il numero crescente di transistor sono diventati necessariamente più sottili e più vicini tra loro, con conseguente aumento della resistenza e surriscaldamento. Entrambi possono causare ritardi del segnale, limitando la velocità di clock delle unità di elaborazione centrale.
Nell'aprile 2007, una nuova versione di chip 3-D è stata annunciata da una partnership di ricercatori IBM e Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) presso l'IBM TJ Watson Research Center, con il supporto della Defense Advanced Research Project Agency (DARPA). Questi chip 3-D sovrappongono un chip sull'altro utilizzando una tecnica chiamata wafer bonding. Mentre alcune aziende attualmente impacchettano i processori sovrapponendoli uno sull'altro, la tecnica di IBM utilizza uno strato di base di silicio con wafer attivi sovrapposti. Ciò consente agli ingegneri di posizionare un processore nella parte inferiore dello stack e quindi di sovrapporre la memoria o altri componenti nella parte superiore, con una conseguente diminuzione di mille volte della lunghezza del connettore, poiché i chip non sono più organizzati in layout bidimensionali con cavi collegati transistor alla periferia dei chip. Ciò riduce la distanza che i dati devono percorrere, con conseguente elaborazione molto più rapida. Allo stesso modo, un aumento di cento volte della densità del connettore riduce drasticamente le dimensioni del chip.
Gli ingegneri di IBM hanno utilizzato un nuovo metodo di produzione chiamato through-silicon vias che consente di impilare più componenti del chip verticalmente l'uno sull'altro, creando CPU (unità di elaborazione centrale) più veloci, più piccole e di minore potenza. Le vie passanti in silicio consentono anche una dissipazione del calore più efficiente attraverso lo stack ai sistemi di raffreddamento e, secondo IBM, migliorano l'efficienza energetica nei prodotti a base di silicio-germanio fino al 40%, con conseguente maggiore durata della batteria.
IBM prevede di iniziare la produzione di chip 3-D nel 2008. "Big Blue" applicherà la tecnologia inizialmente ai dispositivi mobili e alle comunicazioni wireless. La tecnologia memory-on-processor sarà disponibile per l'uso in server e supercomputer nel 2009. Intel ha utilizzato una struttura di chip 3-D simile nel febbraio 2007 in grado di elaborare il teraflop (un trilione di calcoli al secondo), eseguendo efficacemente i calcoli con la stessa rapidità di un data center consumando una piccola frazione dell'energia. Ciascuno di questi miglioramenti potrebbe consentire l'estensione della legge di Moore fino al 21 ° secolo.