3D芯片技術是Meta AR原型芯片獲得巨大性能提升的關鍵

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增強現實（AR）系統(tǒng)的設計存在許多限制因素。近日，Meta公司的研究科學家Tony Wu在IEEE國際固態(tài)電路會議（ISSCC，https://www.isscc.org/）上對工程師們介紹了其AR原型芯片，他提到最重要的是“當你四處走動時，你必須看起來舒適”。

AR（https://spectrum.ieee.org/tag/augmented-reality）系統(tǒng)也必須是輕量級的，不能釋放大量熱量。它需要節(jié)省電力 —— 因為沒有人想每隔幾個小時就給可穿戴電子設備充電一次。Wu是Meta團隊的一員，該團隊致力于開發(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（https://spectrum.ieee.org/amd-3d-stacking-intel-graphcore）。在ISSCC上，Meta詳細介紹了其AR原型芯片是如何使用3D技術在相同的區(qū)域以相同或更少的能量做更多的事情。

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原型芯片是兩個尺寸相等的集成電路組成，尺寸為4.1x3.7毫米。它們在一種稱為面對面晶圓到晶圓（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，它包括翻轉兩個完全處理過的晶片，使它們彼此面面對并粘合，以便它們的直接連接在一起?；旌湘I合意味著它是銅對銅的直接連接，無需焊接。

采用臺積電（TSMC，https://3dfabric.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/SoIC.htm - SoIC_WoW）技術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3.3萬個信號連接和600萬個電源連接。底部芯片使用硅通孔（TSV）——向下穿過硅的垂直連接——將信號從芯片中輸入并通電。

3D堆疊意味著該團隊可以在不增加芯片尺寸的情況下提高芯片的計算能力，使其能夠處理更大的任務。該芯片的機器學習單元在底部芯片上有四個計算核心和1兆字節(jié)的本地內存，但頂部芯片又增加了3兆字節(jié)，可以通過27000個垂直數據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。

該團隊在機器學習任務上測試了該芯片，該任務對增強現實、手部跟蹤至關重要。該3D芯片能夠同時跟蹤兩只手，所用的能量比單個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%。

除了機器學習，該芯片還能完成圖像處理任務，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量的能量實現全高清。