دارة متكاملة ثلاثية الأبعاد  دارة متكاملة ثلاثية الأبعاد بالإنجليزية (three-dimensional integrated circuit) وإختصارا ب (3D IC) هو موسفت (أكسيد معدني من أشباه الموصلات) ل الدوائر المتكاملة المصنعة بطريقة التراص باستخدام رقائق السليكون وربط عموديا باستخدام، من خلال فيا (TSVs) والسليكون والنحاس على سبيل المثال، من خلال فيا بحيث تتصرف كجهاز واحد لتحقيق تحسينات في الأداء بطاقة منخفضة وبصمة أصغر من العمليات التقليدية ثنائية الأبعاد. التقنية ثلاثية الأبعاد هي أحد مخططات التكامل ثلاثية الأبعاد العديدة التي تستغل الاتجاه z لتحقيق فوائد الأداء الكهربائي في الإلكترونيات الدقيقة والإلكترونيات النانوية.  يمكن تصنيف الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد من خلال مستوى التسلسل الهرمي للتوصيل البيني على المستوى العالمي (الحزمة) والوسيط (لوحة السندات) والمحلي (الترانزستور). بشكل عام، يعد التكامل ثلاثي الأبعاد مصطلحًا واسعًا يتضمن تقنيات مثل التعبئة والتغليف على مستوى الرقاقة ثلاثية الأبعاد (3DWLP)؛ 2.5D و 3D التكامل القائم على التداخل؛ ثلاثية الأبعاد مكدسة المرحلية (3D-SICs)؛ متجانسة 3D المرحلية. تكامل غير متجانس ثلاثي الأبعاد؛ وتكامل الأنظمة ثلاثية الأبعاد.  عملت المنظمات الدولية مثل (JIC) وخريطة طريق التكنولوجيا الدولية لأشباه الموصلات (ITRS) على تصنيف مختلف تقنيات التكامل ثلاثية الأبعاد لتعزيز وضع المعايير وخرائط الطريق للتكامل ثلاثي الأبعاد. اعتبارًا من 2010، 3D تستخدم الدوائر المتكاملة على نطاق واسع لذاكرة فلاش وميضية وفي الأجهزة المحمولة.  يشير التغليف ثلاثي الأبعاد إلى مخططات التكامل ثلاثية الأبعاد التي تعتمد على الطرق التقليدية للتوصيل البيني مثل ربط الأسلاك ورقاقة الوجه لتحقيق التكديس الرأسي. يمكن نشر العبوات ثلاثية الأبعاد بشكل أكبر في نظام ثلاثي الأبعاد في حزمة (اس أي بي ثلاثي الابعاد) وحزمة مستوى الرقاقة ثلاثية الأبعاد (3D WLP)، قالب ذاكرة مكدس مترابط مع روابط سلكية، وتكوينات الحزمة على العبوة (بي أو بي) المترابطة إما بالسندات السلكية، أو رقائق الوجه هي (اس أي بي اس ثلاثي الابعاد) التي كانت في التصنيع السائد لبعض الوقت ولديها بنية تحتية راسخة. يتم استخدام بي أو بي للتكامل الرأسي للتقنيات المتباينة مثل 3D WLP الذي يستخدم عمليات مستوى الرقاقة مثل طبقات إعادة التوزيع (RDL) وعمليات ارتطام الرقاقات لتشكيل روابط بينية.   يمكن تقسيم الدوائر المتكاملة إلى دوائر متكاملة ثلاثية الأبعاد مكدسة (3D SIC)، والتي تشير إلى تكديس شرائح IC باستخدام وصلات TSV ، وثلاثية الأبعاد متجانسة الدوائر المتكاملة، التي تستخدم عمليات fab لتحقيق الترابطات ثلاثية الأبعاد على المستويات المحلية من التسلسل الهرمي للأسلاك على الرقاقة على النحو المنصوص عليه في ITRS ، ينتج عن ذلك روابط رأسية مباشرة بين طبقات الجهاز. تظهر الأمثلة الأولى للنهج الأحادي في أجهزة V-NAND ثلاثية الأبعاد من سامسونج.   اعتبارًا من 2010، 3D تُستخدم حزم IC على نطاق واسع لذاكرة فلاش NAND في الأجهزة المحمولة.  يتطلب سوق الإلكترونيات الرقمية شريحة ذاكرة أشباه الموصلات عالية الكثافة لتلبية مكونات وحدة المعالجة المركزية التي تم إصدارها مؤخرًا، وقد تم اقتراح تقنية تكديس القوالب المتعددة كحل لهذه المشكلة. كشفت جمعية تكنولوجيا الحالة­­ الصلبة أن تقنية ذاكرة وصول عشوائي ديناميكية القادمة تتضمن خطة تكديس القوالب "3D SiC" في «منتدى ذاكرة الخادم»، 1 - 2 نوفمبر 2011، سانتا كلارا، كاليفورنيا. في أغسطس 2014، بدأت إلكترونيات سامسونج في إنتاج 64 وحدات GB إس دي رام للخوادم القائمة على ذاكرة دي دي آر 4 (معدل بيانات مزدوج 4) باستخدام تقنية حزمة 3D TSV. تشتمل المعايير الجديدة المقترحة للذاكرة الحيوية المكدسة ثلاثية الأبعاد على إدخال / إخراج عريض، وإدخال / إخراج عريض 2، ومكعب ذاكرة هجين، وذاكرة عرض النطاق الترددي العالي  هناك عدة طرق لتصميم IC ثلاثي الأبعاد، بما في ذلك طرق إعادة التبلور وربط الرقائق. هناك نوعان رئيسيان من روابط الرقاقة، وصلات النحاس إلى النحاس (وصلات من النحاس إلى النحاس بين الدوائر المتكاملة المكدسة، والمستخدمة في TSVs) وعبر السيليكون عبر (TSV). اعتبارًا من عام 2014، تم إطلاق عدد من منتجات الذاكرة مثل ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM) ومكعب ذاكرة هجين التي تنفذ 3D التراص IC مع TSVs. هناك عدد من مناهج تكديس المفاتيح التي يتم تنفيذها واستكشافها. وتشمل هذه:  المكونات الإلكترونية مبنية على قوالب متعددة، والتي يتم محاذاتها وربطها فيما بعد. يمكن إجراء ترقق وخلق TSV قبل أو بعد الترابط. تتمثل إحدى ميزات دي تو دي في أنه يمكن اختبار كل قالب مكون أولاً، بحيث لا يفسد قالب واحد سيئ مجموعة كاملة. علاوة على ذلك، يموت كل منهم في 3D يمكن وضع IC في سلة المهملات مسبقًا، بحيث يمكن مزجها ومطابقتها لتحسين استهلاك الطاقة والأداء (على سبيل المثال، مطابقة العديد من النرد من زاوية معالجة الطاقة المنخفضة لتطبيق الهاتف المحمول).  المكونات الإلكترونية مبنية على اثنين من رقائق أشباه الموصلات. رقاقة واحدة مقطعة إلى مكعبات. يتم محاذاة النرد المفرد وإلصاقه بمواقع الرقاقة الثانية. كما هو الحال في طريقة الرقاقة على الرقاقة، يتم إجراء التخفيف وإنشاء TSV إما قبل أو بعد الترابط. يمكن إضافة قالب إضافي إلى الأكوام قبل التكعيب.  المكونات الإلكترونية مبنية على اثنين من رقائق أشباه الموصلات. رقاقة واحدة مقطعة إلى مكعبات. يتم محاذاة النرد المفرد وإلصاقه بمواقع الرقاقة الثانية. كما هو الحال في طريقة الرقاقة على الرقاقة، يتم إجراء التخفيف وإنشاء TSV إما قبل أو بعد الترابط. يمكن إضافة قالب إضافي إلى الأكوام قبل التكعيب.  المكونات الإلكترونية مبنية على اثنين أو أكثر من رقائق أشباه الموصلات، والتي يتم محاذاتها، وربطها، وتقطيعها إلى مكعبات ثلاثية الأبعاد المرحلية. يمكن تخفيف كل رقاقة قبل أو بعد الترابط. إما أن تكون الوصلات العمودية مدمجة في الرقائق قبل الترابط أو يتم إنشاؤها في المكدس بعد الترابط. تمر هذه «عبر فتحات السيليكون» (TSVs) عبر ركيزة (ركائز) السيليكون بين الطبقات النشطة و / أو بين طبقة نشطة ولوحة رابطة خارجية. يمكن أن يؤدي ربط الرقاقة إلى الرقاقة إلى تقليل العوائد، لأنه إذا كان هناك أي 1 من "رقائق N" في صورة ثلاثية الأبعاد IC معيبة، 3D بأكمله سيكون IC معيبًا. علاوة على ذلك، يجب أن تكون الرقاقات بنفس الحجم، لكن العديد من المواد الغريبة (على سبيل المثال، III-Vs) على رقاقات أصغر بكثير من منطق سيموس أو ذاكرة وصول عشوائي ديناميكية (عادة 300 مم)، مما يعقد التكامل غير المتجانس.  بينما تعمل عمليات تحجيم CMOS التقليدية على تحسين سرعة انتشار الإشارة، فإن التحجيم من تقنيات التصنيع وتصميم الرقائق الحالية أصبح أكثر صعوبة وتكلفة، ويرجع ذلك جزئيًا إلى قيود كثافة الطاقة، وجزئيًا لأن التوصيلات البينية لا تصبح أسرع بينما تعمل الترانزستورات. 3D تتعامل الدوائر المتكاملة مع تحدي القياس عن طريق تكديس قوالب ثنائية الأبعاد وربطها في البعد الثالث. يعد هذا بتسريع الاتصال بين الرقائق ذات الطبقات، مقارنة بالتخطيط المستوي. 3D تعد ICs بالعديد من الفوائد المهمة، بما في ذلك:  المزيد من الوظائف تتناسب مع مساحة صغيرة. هذا يوسع قانون مور ويتيح جيلًا جديدًا من الأجهزة الصغيرة ولكنها قوية.  يمكن بناء طبقات الدوائر بعمليات مختلفة، أو حتى على أنواع مختلفة من الرقاقات. هذا يعني أنه يمكن تحسين المكونات بدرجة أكبر بكثير مما لو تم بناؤها معًا على رقاقة واحدة. علاوة على ذلك، يمكن دمج المكونات ذات التصنيع غير المتوافق في صورة ثلاثية الأبعاد واحدة IC.    يتم تقليل متوسط طول السلك. الأرقام الشائعة التي أبلغ عنها الباحثون هي في حدود 10-15٪، ولكن هذا التخفيض ينطبق في الغالب على الاتصال البيني الأطول، والذي قد يؤثر على تأخير الدائرة بمقدار أكبر. بالنظر إلى أن الأسلاك ثلاثية الأبعاد لها سعة أعلى بكثير من الأسلاك التقليدية داخل القالب، فقد يتحسن تأخير الدائرة وقد لا يتحسن.  يمكن أن يؤدي الاحتفاظ بإشارة على الرقاقة إلى تقليل استهلاكها للطاقة بمقدار 10-100 مرة. تقلل الأسلاك القصيرة أيضًا من استهلاك الطاقة من خلال إنتاج سعة أقل من الطفيلية. يؤدي تقليل ميزانية الطاقة إلى تقليل توليد الحرارة وإطالة عمر البطارية وانخفاض تكلفة التشغيل.  يضيف البعد الرأسي ترتيبًا أعلى للاتصال ويوفر إمكانيات تصميم جديدة.  يمكن للتكامل ثلاثي الأبعاد تحقيق الأمن من خلال الغموض؛ يعقد الهيكل المكدس محاولات عكس هندسة الدوائر. يمكن أيضًا تقسيم الدوائر الحساسة بين الطبقات بطريقة تحجب وظيفة كل طبقة. علاوة على ذلك، يسمح التكامل ثلاثي الأبعاد بدمج ميزات مخصصة تشبه شاشة النظام في طبقات منفصلة. الهدف هنا هو تنفيذ نوع من جدار حماية الأجهزة لأي مكونات / شرائح سلعة يتم مراقبتها في وقت التشغيل، في محاولة لحماية النظام الإلكتروني بأكمله من هجمات وقت التشغيل بالإضافة إلى تعديلات الأجهزة الضارة.  يسمح التكامل ثلاثي الأبعاد بأعداد كبيرة من الفتحات الرأسية بين الطبقات. يسمح ذلك ببناء حافلات ذات نطاق ترددي عريض بين الكتل الوظيفية في طبقات مختلفة. مثال نموذجي سيكون معالج + ذاكرة مكدس ثلاثي الأبعاد، مع ذاكرة التخزين المؤقت مكدسة أعلى المعالج. يسمح هذا الترتيب بحافلة أوسع بكثير من 128 أو 256 بت بين ذاكرة التخزين المؤقت والمعالج. تعمل الحافلات العريضة بدورها على تخفيف مشكلة جدار الذاكرة.  لأن هذه التكنولوجيا جديدة فهي تحمل تحديات جديدة منها:   اعتمادًا على تقسيم التقسيم، يمكن تمييز أنماط تصميم مختلفة. يواجه التكامل على مستوى البوابة تحديات متعددة ويبدو حاليًا أقل عملية من التكامل على مستوى الكتلة.   بدأ فراونهوفر وسيمنز البحث عن الأبعاد الثلاثية تكامل IC في عام 1987. في عام 1988، قاموا بتصنيع أجهزة 3D CMOS IC على أساس إعادة بلورة بولي سيليكون. في عام 1997، تم تطوير طريقة انتر شيب عبر (ICV) بواسطة سيمنس بما في ذلك بيتر رام ومانفرد انجيهرت وفيرنر باملر وكريستوف لاندسبيرج وارمين كلومب. كان أول 3D الصناعية عملية IC ، بناءً على رقائق سيمنز سيمس الرائعة. تم لاحقًا تسمية أحد أشكال عملية TSV تلك بتقنية TSV-SLID (الانتشار البيني السائل الصلب). لقد كان نهجًا لـ 3D يعتمد تصميم IC على الترابط ذو درجة الحرارة المنخفضة والتكامل الرأسي لأجهزة IC باستخدام فتحات بين الشرائح، والتي حصلت على براءة اختراع لها.  في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، قام فريق من باحثي فراونهوفر وإنفينيون ميونيخ بالتحقيق في تقنيات 3D TSV مع التركيز بشكل خاص على التكديس من القالب إلى الركيزة ضمن مشروع ايوريكا الألماني / النمساوي VSI وبدأ مشروع التكامل الأوروبي أي سيوبس، كأول ثلاثي الأبعاد أوروبي منصة التكنولوجيا، واي بريانس مع وإنفينيون ، وسيمونس ، وايفيل ، واي ام أي سي ، وتيندال ، حيث تم تصنيع وتقييم أنظمة متكاملة ثلاثية الأبعاد غير متجانسة. كان التركيز بشكل خاص على مشروع أي برانس هو تطوير عمليات درجة حرارة منخفضة جديدة لأنظمة استشعار متكاملة ثلاثية الأبعاد عالية الموثوقية.  في عام 2004، قامت شركة تيزيرن سيميكونديتيون ببناء أجهزة ثلاثية الأبعاد عاملة من ستة تصميمات مختلفة. تم بناء الرقائق في طبقتين مع TSVs من التنجستن «عبر الأول» للتوصيل البيني الرأسي. تم تكديس اثنين من رقائق الويفر وجهاً لوجه وربطها بعملية النحاس. تم تخفيف الرقاقة العلوية ثم تم تقطيع مكدس الويفر المكون من اثنين إلى مكعبات. كانت الشريحة الأولى التي تم اختبارها عبارة عن سجل ذاكرة بسيط ، ولكن أبرزها كان معالج / مكدس ذاكرة 8051 الذي أظهر سرعة أعلى بكثير واستهلاك أقل للطاقة من تجميع ثنائي الأبعاد مشابه.  في عام 2004، قدمت إنتل نسخة ثلاثية الأبعاد من وحدة المعالجة المركزية بنتييوم4. تم تصنيع الرقاقة بقولبتين باستخدام التكديس وجهاً لوجه ، مما سمح بتكثيف الهيكل. يتم استخدام TSVs المؤخرة للإدخال / الإخراج وإمدادات الطاقة. بالنسبة إلى مخطط الأرضية ثلاثي الأبعاد ، قام المصممون يدويًا بترتيب الكتل الوظيفية في كل قالب بهدف تقليل الطاقة وتحسين الأداء. سمح تقسيم الكتل الكبيرة والعالية الطاقة وإعادة الترتيب بعناية للحد من النقاط الساخنة الحرارية. يوفر التصميم ثلاثي الأبعاد تحسينًا في الأداء بنسبة 15٪ (بسبب التخلص من مراحل خطوط الأنابيب) وتوفير الطاقة بنسبة 15٪ (بسبب إزالة أجهزة إعادة الإرسال وتقليل الأسلاك) مقارنةً بـ 2D بنتييوم 4.  شريحة تيرافلوبس التي قدمتها إنتل في عام 2007 هي تصميم تجريبي مكون من 80 نواة مع ذاكرة مكدسة. نظرًا لارتفاع الطلب على عرض النطاق الترددي للذاكرة ، فإن نهج الإدخال / الإخراج التقليدي سيستهلك من 10 إلى 25 W. لتحسين ذلك ، طبق مصممو إنتل ناقل ذاكرة يعتمد على TSV. يتم توصيل كل نواة ببلاطة ذاكرة واحدة في قالب SRAM مع ارتباط يوفر 12 عرض النطاق الترددي GB / s ، مما يؤدي إلى عرض نطاق ترددي إجمالي قدره 1 تيرابايت / ثانية أثناء استهلاك 2.2 فقط دبليو.  تستخدم ذاكرة النطاق الترددي العالي ، التي طورتها سامسونج واي ام دي، رقائق مكدسة تم تصنيع أول شريحة ذاكرة HBM بواسطة إس كيه هاينكس في عام 2013. في يناير 2016، أعلنت شركة إلكترونيات سامسونج عن الإنتاج الضخم المبكر لـ HBM2 ، حتى 8 غيغابايت لكل مكدس.