文|陈根
众所周知，要构建一个标准的计算机，除了要有传统意义的中央处理器之外，主板上还要安装内存、芯片组、各类I／O芯片等。而一块能实现标准计算机功能的电路板上，除了上述的各类芯片之外，还需要留出大量的空间来完成供电、滤波和布线工作。虽然这种情况对于传统桌面电脑、数据中心等应用场景来说无伤大雅，但对于很多新兴边缘计算场景来说，体积的限制十分致命。
随着工艺制程与集成度的不断提升，晶体管尺寸渐近物理极限，继续依赖缩小工艺制程获取性能和经济效益提升已困难重重。与此同时，人工智能、物联网、大数据、5G等领域的计算需求在海量增长，如何突破性能和体积的制约，成为算力时代的一大挑战。
在过去，解决这一问题的方法之一就是把更多功能塞进同一块芯片里。但在践行这一方法的过程中，随着芯片功能的增加和体积的增大，芯片设计、测试和制造的难度正在成几何倍数增加。由此，芯片的3D堆叠概念被提了出来。
近日，麻省理工的科学家成功设计出一款“乐高积木式”芯片。该芯片的主要创新之处在于，它使用光学而非物理导线来传输信息。因此，该芯片可被重新配置，元件层也可被堆叠，使得增添新款处理器等操作成为可能。
乐高积木是许多年轻人的休闲爱好，它独特的魅力在于通过小方块的横纵交错，可以任意搭建出不同的物体。在横纵交错的堆叠里，限制我们的只有想象力。该芯片就采用这样的架构，可重新配置、可任意叠加。
该芯片面积大小为4平方毫米，与一块小纸屑相当，芯片上有3个图像识别的“块”。其他类型的芯片往往是通过金属相连，该芯片使将交替排列的传感和处理元件层与发光二极管连接起来，用光学通信系统取代物理导线连接，设计更加灵活，从而能够随心所欲地堆叠和添加芯片。
因此，该芯片不仅体积小，性能也大大提升。目前，相关研究成果已经发表在《自然·电子学》杂志上。