图片来源：阿卜杜拉国王科技大学

作者段跃初

你可能没注意到，手里的手机用个两三年就开始卡顿，打开APP要等半天，玩游戏还总掉帧。咱举个身边的例子说，2023年我换手机时特意选了当时配置顶尖的机型，可到了今年，刷短视频偶尔都会出现加载延迟。这不是手机厂商故意“降频”，而是芯片性能提升遇到了瓶颈。

这个瓶颈，得从半个多世纪前的一个规律说起。1965年，英特尔创始人之一戈登·摩尔提出了一个大胆预测：微芯片上的组件数量每12个月就会翻一番。后来这个周期调整为24个月，这就是影响全球科技行业半个多世纪的摩尔定律。过去几十年里，咱们用的电脑从笨重的台式机变成超薄本，手机从只能打电话变成“口袋电脑”，全靠这条定律——把芯片里的晶体管做得越来越小，塞得越来越多。2000年时，主流芯片的晶体管数量大概是1亿个，到2020年，苹果A14芯片的晶体管数量已经突破110亿个，20年间翻了110倍。

可再厉害的规律也有“碰壁”的时候。2010年前后，工程师们发现，晶体管已经小到快接近原子级别，再往下做，电流会像调皮的孩子一样“乱跑”，出现漏电现象。这就好比在纸上画格子，格子小到一定程度，线条就会模糊不清。2022年，全球顶尖芯片制造商台积电推出的3纳米工艺，已经是传统技术能达到的极限之一，想要再提升性能，老路走不通了。

沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的研究团队，偏偏在这条死胡同里找到了新出口。他们今年在《自然·电子学》上发表的研究，给芯片设计换了个思路——既然不能再“摊大饼”，那就“盖摩天大楼”。

这个“摩天大楼”到底是什么样？简单说，就是把芯片的电路一层一层往上堆。团队用两种不同的材料做“砖块”：一种是叫氧化铟的无机半导体，负责处理电子信号；另一种是叫C16IDT-BT的有机半导体，负责补充电子。中间用绝缘材料隔开，像盖楼时的楼板一样，最后堆出了41层的芯片。这个高度差不多是传统芯片的10倍，相当于把10个普通芯片叠成了一块。

为了验证这个“大楼”能不能用，团队一口气做了600个芯片，每个都经过了严格测试。结果让人惊喜，这些堆叠芯片能完成计算机和传感设备的基本操作，性能和同等配置的传统芯片不相上下。更关键的是，制造过程比传统工艺更节能——生产同样性能的芯片，堆叠技术的能耗比传统工艺低30%。你知道吗？2023年全球半导体行业的总能耗相当于1.2个三峡水电站的年发电量，要是这项技术普及，能省下的能源可不是小数目。

这个创新其实解决了科技行业的一个大难题。2023年我国芯片进口额达到3120亿美元，连续多年超过石油成为第一大进口商品，核心原因就是高端芯片技术被“卡脖子”。而堆叠技术不需要依赖更精密的光刻机，普通工厂经过改造就能生产，对咱们这样的芯片需求大国来说，无疑是个好消息。

你身边有没有遇到过类似的情况？家里的旧路由器用久了，信号越来越差，换个新的又觉得浪费；智能手表总担心续航，一天一充特别麻烦。这些问题的根源，其实都和芯片性能不足、能耗过高有关。

堆叠芯片的出现，可能会改变这一切。理论上，只要技术允许，这个“芯片大楼”可以一直往上盖，100层、200层都有可能。到时候，咱们的手机可能比现在更薄，续航却能达到一周；笔记本电脑不用风扇也能冷静运行，夏天放在腿上再也不会发烫。2024年，全球已有3家科技公司宣布和沙特的研究团队合作，计划在2026年前推出首款商用堆叠芯片。

如果你有相关经历，不妨在评论区聊聊——你最期待这项技术先用到哪种电子产品上？是能超长待机的手机，还是更小巧的智能穿戴设备？

或许再过几年，当你拆开新买的电子产品，里面的芯片已经不是平铺的“小格子”，而是一栋栋微型“摩天大楼”。那些曾经让我们头疼的卡顿、续航问题，会像旧时代的产物一样，慢慢淡出视野。科技的进步，有时候就是这样，换个角度就能豁然开朗。

参考文献：

Three-dimensional integrated hybrid complementary circuits for large-area electronics | Nature Electronics 17 October 2025

来源: 科普文迅