为什么我们不制造具有 1000 层层的 CPU 来利用三维空间?

电器工程 晶体管 微处理器 中央处理器 制造业
2022-01-15 03:56:08

我想知道既然我们有三维晶体管,为什么我们不制造诸如具有 1000 多个堆叠层的 CPU 之类的处理器以利用三维空间中的空间。为了清楚起见,我指的是制作一个矩形棱柱形处理器。

需要明确的是,在处理器制造方面我不知道有很多东西,我不是电气或计算机工程师,但我很好奇。我知道考虑到更密集的晶体管封装和制造问题,这将导致加热问题,考虑到您必须激光蚀刻如此多的硅,但与扩大宽度和高度尺寸不同,不会有问题充分利用圆形硅晶片,与您不同的是,您将零件保持得很近,这意味着它不会减慢从处理器的一个部分到另一个部分的电流速度,因为处理器已经有 1000 秒水平和垂直堆叠的晶体管。

我很好奇你是否可以通过铺设薄的间歇散热层来解决加热问题,同时保持垂直吞吐量。并通过每 10 层左右使用单独蚀刻的晶圆来部分解决制造问题。这是可能的还是有很多我没有想到的问题(我确定有)?谢谢。

4个回答

两个致命的原因是产量和热量。

屈服。每次您执行一个流程步骤时,您都不会获得 100% 的完美。假设您每一步都能获得 99% 的完美。在一个有 20 个步骤的过程中,您将下降到 82%。在一个有 1000 个步骤的过程中,每开始一百万个晶圆,您将下降到 43 ppm,43 个成功构建。

热。我们现有的设计已经受到我们从模具底部提取热量的速度的限制。因此,无论是产生更多热量的机会,还是在远离热量散发的地方产生热量的机会,对我们来说都没有任何真正的用处。

那些说,有一些设备构建到第三维,将几个成品晶圆粘合在一起,这缓解了产量问题。那些堆叠的晶圆往往是内存,它不使用 CPU 的功率之类的东西,从而缓解了热量问题。

散热是个问题。

已经有一些芯片具有比核反应堆更高的能量密度。

考虑一个吹风机---- 1,500 瓦,带有一个鼓风机来冷却钨线圈。线圈发出暗红色的光。

在底层制造晶体管要容易得多,因为传统结构涉及“n阱”或“p阱”结构

另外:平面化

底部“基板”层被机械抛光至非常高的平整度。顶部的后续层被蚀刻和沉积,但每次都不够完美。存在错误叠加的风险,导致特征无法在表面的“块”上正确对齐。

但是你会从中得到什么?

  1. 你得到的每平方毫米掩模的晶体管数量仍然是一样的,你只是有更多的掩模
  2. 多个掩码的对齐更加困难,需要对齐的掩码越多。
  3. 对于每个额外的晶体管层,您可能需要多个额外的互连层
  4. 在层之间建立连接比在层内建立连接更费力。
  5. 散热会更差