3D Chip: Sensation! Erster echter 3D-Prozessor mit Carbon Nanotubes in den USA gefertigt – bis zu 1000x mehr Effizienz möglich

Der Begriff 3D Chip wird im Marketing der großen Tech-Giganten seit Jahren inflationär benutzt, doch oft verbirgt sich dahinter nur cleveres Packaging und keine echte dreidimensionale Architektur. Wir schreiben den 17. Dezember 2025, und während wir uns an gestapelten Cache (wie bei AMDs X3D-Serie) oder High Bandwidth Memory (HBM) gewöhnt haben, erreicht uns heute eine Nachricht, die das Fundament der Halbleiterindustrie tatsächlich erschüttern könnte. Ein Forschungsteam unter der Leitung der Stanford University hat etwas geschafft, woran sich Intel, TSMC und Samsung seit einem Jahrzehnt die Zähne ausbeißen: Einen echten, monolithischen Chip zu bauen, bei dem Logik und Speicher nicht nebeneinander oder grob übereinander geklebt, sondern auf Transistor-Ebene feinmaschig verwoben sind.

Warum ist das so wichtig? Das Mooresche Gesetz pfeift aus dem letzten Loch. Wir können Silizium-Transistoren kaum noch kleiner machen, ohne in quantenphysikalische Probleme zu laufen. Die bisherige Lösung war „More than Moore“ – also das Stapeln von Chiplets. Das Problem dabei: Die Verbindungen zwischen diesen Stapeln sind im Vergleich zu internen Leitungen langsam und energiehungrig. Zudem wird Silizium bei der Herstellung extrem heiß. Würde man herkömmliche Silizium-Schichten direkt aufeinander bauen, würde die untere Schicht durch die Hitze der oberen Prozessschritte schmelzen oder beschädigt werden. Genau hier setzt der neue Durchbruch an, der die Karten im Tech-Poker komplett neu mischt.

Wir reden hier nicht von einer theoretischen Laborstudie, die in 20 Jahren vielleicht mal relevant wird. Dieser Chip wurde in einer kommerziellen Foundry in den USA gefertigt. Das bedeutet: Die Maschinen existieren, der Prozess ist skalierbar. Wenn wir bisher von 3D-Chips sprachen, meinten wir Hochhäuser, die mit dicken Kabeln verbunden sind. Was Stanford und SkyWater hier zeigen, ist ein einziges massives Gebäude, in dem der Aufzug direkt ins Wohnzimmer fährt.

Was ist passiert? (3D Chip Update)

Das Team hat erfolgreich einen Chip demonstriert, der mehrere Schichten von Logik und Speicher übereinander integriert. Der Clou liegt im Material: Statt auf reines Silizium für die Transistoren zu setzen, nutzen die Forscher Carbon Nanotubes (Kohlenstoff-Nanoröhrchen, kurz CNTs). Diese haben zwei entscheidende Vorteile für einen modernen 3D Chip: Sie leiten Elektronen unfassbar gut und – das ist der Gamechanger – sie können bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen verarbeitet werden.

Während herkömmliche Silizium-Prozesse oft über 1000 Grad Celsius benötigen, lassen sich CNT-Transistoren und der verwendete RRAM-Speicher (Resistive Random Access Memory) bei Temperaturen fertigen, die die bereits darunterliegenden Schichten nicht zerstören. Das ermöglicht eine extrem dichte vertikale Integration. Die Verbindungen zwischen den Schichten sind tausendmal dichter als das, was wir heute bei den besten „3D-Packaging“-Lösungen sehen.

Aktuell wurde „nur“ ein 4-facher Performance-Gewinn im Vergleich zu 2D-Chips demonstriert, aber das ist erst der Anfang. Die Architektur eliminiert den Flaschenhals zwischen Speicher und Recheneinheit, was gerade für KI-Anwendungen, die riesige Datenmengen hin- und herschaufeln, der heilige Gral ist. Dieser 3D Chip Ansatz löst das Problem der „Memory Wall“ physisch, indem der Speicher einfach direkt auf dem Rechenkern sitzt.

Der LazyTechLab Check

Wir bei LazyTechLab lassen uns ungern von Labor-Werten blenden. „Bis zu 1000x Effizienz“ klingt nach dem typischen PR-Sprech, den wir vor jedem iPhone-Launch hören. Aber schauen wir genauer hin. Die Physik hinter diesem Projekt ist solide. Das Hauptproblem der aktuellen IT ist nicht mehr die Rechengeschwindigkeit an sich, sondern der Datentransport. Elektronen durch lange Kupferleitungen zu jagen erzeugt Hitze und kostet Zeit.

Wenn dieser neue 3D Chip die Distanzen von Millimetern auf Nanometer verkürzt, ist der Effizienzsprung logisch nachvollziehbar. Besonders spannend ist die Tatsache, dass SkyWater Technology involviert ist. Das ist keine obskure Universitäts-Klitsche, sondern eine börsennotierte Foundry. Das signalisiert: Man meint es ernst mit der Massenproduktion. Für die USA ist das zudem ein geopolitischer Schachzug, um die Abhängigkeit von Asien (TSMC) zu verringern, indem man auf neue Materialien setzt, statt im „Wer hat die kleinsten Nanometer“-Rennen gegen Silizium-Giganten anzutreten.

Dennoch gibt es Hürden. Carbon Nanotubes sind notorisch schwer auszurichten. Man kann sie sich wie mikroskopisch kleine Spaghetti vorstellen – liegen sie kreuz und quer, funktioniert der Chip nicht. Die Stanford-Forscher behaupten, einen Prozess gefunden zu haben, der 99,99% Reinheit und Ausrichtung garantiert. Das muss sich aber erst bei Millionen von Chips beweisen.

💡 Unsere Einschätzung zu 3D Chip

Wir stehen an einer Schwelle. Silizium ist nicht tot, aber es braucht dringend Unterstützung. Die Kombination aus CNTs und RRAM in einer monolithischen 3D Chip Struktur ist der logischste Schritt, um KI-Modelle wie GPT-6 oder Claude 5 in Zukunft lokal und energieeffizient laufen zu lassen. Dass eine US-Foundry diesen Prozess bereits validiert hat, gibt uns Hoffnung, dass wir hier nicht nur Vaporware sehen.

Doch bis diese Technologie in deinem Gaming-PC landet, vergehen noch Jahre. Wer heute maximale Leistung durch „Stapelung“ will, muss auf die bewährte 3D V-Cache Technologie setzen. Das ist das Nächste, was du aktuell an „3D-Power“ kaufen kannst, um die Wartezeit zu überbrücken.

Quelle: Originalbericht lesen