美國國防部高級研究計劃局 (Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA) 最近公布了獲得電子復興計劃(Electronics Resurgence Initiative，ERI)提供的第一筆資金資助的科學家、公司和機構的名單。ERI是一項為期5年的、斥資15億美元的計劃，目的是在摩爾定律時代即將結束之際重塑美國電子產業。在公布的42個受資助項目中，有一個項目因得到大幅超出其他項目的資助金額而特別引人注目。

　　這個項目獲得的資助金額高達6100萬美元，其中，“利用密集的細粒度的單片3D集成技術變革計算系統”( Revolutionizing Computing Systems through Dense and Fine-Grained Monolithic 3D Integration)項目是其所包含子項目中獲資做多的——所得資助金額近4000萬美元。這個子項目的目標同樣引人注目：利用單片3D集成技術，使得以用了數十年之久的舊制造工藝制造出來的芯片能與以目前最先進的技術所制造出來的芯片相媲美。

　　該項目基于麻省理工學院電子與計算機工程助理教授Max Shulaker及其在斯坦福大學的同事Subhasish Mitra和H.-S. Philip Wong開發的一種技術，該技術允許將碳納米管晶體管和電阻式RAM存儲器構建在普通CMOS邏輯芯片之上。

　　去年他們發表了一項研究成果：將200萬個碳納米管晶體管和100多萬個電阻式RAM存儲單元構建在一個硅片之上，并通過層與層之間密集排列的金屬連接線將它們連接起來，制成的一個用于酒精嗅探的多層電子鼻裝置。不過，由于 SkyWater Technology Foundry 公司的參與，這項研究成果并不僅僅是又一項很酷的演示性成果而已。

　　總部位于明尼蘇達州布盧明頓的SkyWater公司通過在用于處理200毫米硅晶片的設備上應用90納米工藝技術，來制造芯片。這項工藝技術在2004年還算得上是尖端技術，但在15年前大型公司就開始放棄該技術了。那么，DARPA為什么會投這么多的資金給使用這項技術的這個制造廠呢？

　　來聽聽SkyWater總裁Thomas Sonderman的觀點吧。這之后你可能會覺得該制造廠可能不僅是最好的選擇，而且可能是唯一的選擇。

　　Sonderman說，由于90納米工藝是一種非常可靠的工藝，并且廣泛用于制造小批量的芯片，“政府的許多工作是圍繞90納米工藝完成的，因此，開發一種能夠進化到更高性能、但仍然遵循90納米工藝的技術是非常重要的。”

　　據Sonderman說，DARPA也希望將這項技術保留在美國，而SkyWater現在是美國國內唯一一家本國獨資的專營硅晶片制造廠。如果DARPA選擇在像圣地亞國家實驗室這樣的國家實驗室來開發該技術，那么成果可能依賴于不常見的設備和專業知識，而且如果要用于國防應用之外的商業用途，那么仍需移植到其他商業制造廠。Sonderman說：“在同一個制造廠開發該技術，你就可以很快提高產量生產出更多的產品”。

　　照片來源：SkyWater Technology Foundry

　　除此之外，并不是每個制造廠都愿意使用非標準材料（如碳納米管），因為如果處理不當，就可能會污染其他客戶的產品。

　　Sonderman解釋說：“當你想引進一些材料如超導材料，并且想將它們放在運行CMOS流程的同一條生產線上時，你需要制定和落實一整套的協議。”“我們不僅已經將這些協議落實到位，而且我們在這方面有大約10年的經驗。我認為這是我們真正的優勢之一，也是外界很難與SkyWater競爭的原因。”

　　在接下來的三年里，Shulaker在麻省理工學院的團隊將專注于開發制造工藝，斯坦福大學團隊將創建設計工具以幫助工程師充分利用CMOS、納米管晶體管和RRAM的堆疊所帶來的性能提升。而Skywater將開發和測試在其制造廠中運行的一套高產的“工藝流程”。

　　Sonderman說：“美國政府對于建立一個不僅能在實驗室工作而且可以在傳統的制造廠模型中使用的工藝流程十分感興趣，因為這意味著你不僅擁有技術，而且創建了一個能提供給客戶使用的工藝流程。”

　　能夠在不需要花高價置換到更先進技術的情況下就能提高性能，這對于SkyWater以及其他小型制造廠來說是一個巨大的勝利。Sonderman說，最新的基于極紫外光刻技術的工藝動輒需要數十億美元的投資，要維持運營所需的產量，并不利于它們為小型物聯網客戶提供服務。“如果一切都按計劃進行，將標準重新設回90納米，那么我們就能持續擴大生產規模。”