3D芯片技術(shù)是Meta AR原型芯片獲得巨大性能提升的關(guān)鍵

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增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在許多限制因素。近日，Meta公司的研究科學(xué)家Tony Wu在IEEE國際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC，https://www.isscc.org/）上對(duì)工程師們介紹了其AR原型芯片，他提到最重要的是“當(dāng)你四處走動(dòng)時(shí)，你必須看起來舒適”。

AR（https://spectrum.ieee.org/tag/augmented-reality）系統(tǒng)也必須是輕量級(jí)的，不能釋放大量熱量。它需要節(jié)省電力 —— 因?yàn)闆]有人想每隔幾個(gè)小時(shí)就給可穿戴電子設(shè)備充電一次。Wu是Meta團(tuán)隊(duì)的一員，該團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)硅智能，以制造一種名為Aria的AR系統(tǒng)（https://www.projectaria.com/）。Wu告訴工程師，解決方案的很大一部分是3D芯片集成技術(shù)（https://spectrum.ieee.org/amd-3d-stacking-intel-graphcore）。在ISSCC上，Meta詳細(xì)介紹了其AR原型芯片是如何使用3D技術(shù)在相同的區(qū)域以相同或更少的能量做更多的事情。

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原型芯片是兩個(gè)尺寸相等的集成電路組成，尺寸為4.1x3.7毫米。它們?cè)谝环N稱為面對(duì)面晶圓到晶圓（face-to-face wafer-to-wafer）混合鍵合（hybrid bonding）的過程中鍵合在一起。顧名思義，它包括翻轉(zhuǎn)兩個(gè)完全處理過的晶片，使它們彼此面面對(duì)并粘合，以便它們的直接連接在一起?；旌湘I合意味著它是銅對(duì)銅的直接連接，無需焊接。

采用臺(tái)積電（TSMC，https://3dfabric.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/SoIC.htm - SoIC_WoW）技術(shù)意味著兩塊硅可以大約每2微米形成一次垂直連接。原型并沒有完全利用這種密度：它需要兩片硅之間大約3.3萬個(gè)信號(hào)連接和600萬個(gè)電源連接。底部芯片使用硅通孔（TSV）——向下穿過硅的垂直連接——將信號(hào)從芯片中輸入并通電。

3D堆疊意味著該團(tuán)隊(duì)可以在不增加芯片尺寸的情況下提高芯片的計(jì)算能力，使其能夠處理更大的任務(wù)。該芯片的機(jī)器學(xué)習(xí)單元在底部芯片上有四個(gè)計(jì)算核心和1兆字節(jié)的本地內(nèi)存，但頂部芯片又增加了3兆字節(jié)，可以通過27000個(gè)垂直數(shù)據(jù)通道以相同的速度和能量訪問——0.15pJ/Byte——就好像它們是一大塊硅一樣。

該團(tuán)隊(duì)在機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)上測試了該芯片，該任務(wù)對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、手部跟蹤至關(guān)重要。該3D芯片能夠同時(shí)跟蹤兩只手，所用的能量比單個(gè)芯片僅用一只手所能消耗的能量低40%。更重要的是，它的速度提高了40%。

除了機(jī)器學(xué)習(xí)，該芯片還能完成圖像處理任務(wù)，3D在這里再次發(fā)揮了很大的作用。2D版本僅限于壓縮圖像，而3D芯片可以使用相同數(shù)量的能量實(shí)現(xiàn)全高清。