位于德州奥斯汀的一座旧半导体工厂正在升级，旨在成为全球唯一专注于3D异质集成（3DHI）的先进封装工厂。该项目由DARPA支持，通过堆叠不同材料的芯片来大幅提升微电子性能，为初创企业提供一个将创新想法变为现实的制造平台。工厂将采用“高混合、低产量”的独特模式，并借助人工智能优化生产，最终目标是在五年后实现自给自足，巩固美国在半导体领域的创新能力。
革命性的3D异质集成技术
3D异质集成（3DHI）是一种通过堆叠多种材料（包括硅和非硅材料）制成的芯片来制造微电子器件的技术。这种方法使多个独立芯片如同一个集成电路一样协同工作，从而突破传统技术的性能瓶颈。
DARPA预测，传统的硅芯片堆叠最多只能带来 30倍 的性能提升。相比之下，混合使用氮化镓、碳化硅等不同材料的3DHI技术，有望实现 100倍 的性能飞跃。
为创新者打造的平台
这个新工厂的核心使命是确保这些独特的堆叠芯片能够在美国进行原型设计和制造。它特别关注那些想法过于前沿、无法在传统工厂实现的初创公司，帮助它们跨越从实验室到工厂的“死亡之谷”。
- 资金支持: 德克萨斯州投入5.52亿美元，DARPA投入8.4亿美元。
- 长期目标: 在为期五年的项目结束后，工厂预计将成为一个自负盈亏的商业实体。
- 定位: 工厂的首席执行官将其描述为一家拥有更长发展跑道的“初创公司”，最终必须依靠自身力量生存。
独特的运营模式与挑战
与大多数追求大批量生产的芯片工厂不同，该工厂将采用“高混合、低产量”的模式，意味着它需要灵活地处理多种不同类型的项目，但每种项目的产量都不大。
这种模式带来了独特的挑战：
- 材料差异: 非硅晶圆的尺寸和机械性能各不相同，它们在不同温度下的膨胀和收缩率也不同。
- 精度要求: 将这些不同的芯片以微米级的精度连接在一起是巨大的技术难题。
为了应对这些挑战，工厂将依赖人工智能来预测和优化制造流程，以弥补无法通过大量试产来调试工艺的短板。
奠定未来创新的基石
工厂将通过三个试点项目来完善其制造流程，这些项目被称为“典范”：
- 相控阵雷达
- 红外成像仪（焦平面阵列）
- 紧凑型电源转换器
这些项目将为更广泛的应用创新铺平道路。同时，该计划也为学术界提供了宝贵的研究机会，例如开发新型导热膜、微流体冷却技术以及研究复杂封装的失效机制等。尽管建立制造设施并非DARPA的常规做法，但这个项目被视为一次推动美国微电子技术发展的“非常难得的机会”。