一家致力于重新设计计算机内存架构的雄心勃勃的芯片初创公司，在潜心研发七年多后，刚刚结束隐秘阶段，声称其新技术有望缓解全球内存芯片短缺问题——前提是能够实现大规模生产。

Kepler Computing成立于2018年，总部位于加利福尼亚圣何塞，由一群物理学家和计算机科学家创立。该公司表示，已开发出一种针对高带宽内存（HBM）的新架构，直接解决了限制计算市场的芯片供应瓶颈。

传统芯片制造商通常依赖昂贵的极紫外光刻（EUV）技术来缩小晶体管尺寸，从而在相同空间内集成更多技术。而Kepler声称，其“3D堆叠”方法结合专有新材料，无需依赖EUV即可提升芯片密度，并且能够兼容现有半导体制造工厂。

Kepler还在CPU、GPU和XPU中常用的高速缓存内存（SRAM）方面取得类似进展。SRAM位于芯片核心区域，减少数据传输时间；而HBM则是由多层DRAM堆叠组成，作为芯片的独立存储组件。

近年来，Kepler已获得4.68亿美元融资，投资方包括GlobalFoundries、Intel Capital、AMD Ventures、英国投资基金Baillie Gifford以及比尔·盖茨的私人基金Gates Frontier。2023年7月，美国商务部承诺向Kepler提供最高2.45亿美元支持，用于在美国开发基于创新3D和铁电技术的新型高性能AI内存技术。

目前，Kepler的大部分测试工作在新加坡进行，GlobalFoundries作为制造合作伙伴及5000万美元投资者，在当地拥有工厂。过去两年，Kepler与GlobalFoundries合作，打造了所谓的“迷你晶圆厂”，在28纳米工艺节点上生产其内存芯片，并在美国佛蒙特州伯灵顿的GlobalFoundries设施进行测试。

Kepler及其投资者认为，公司新型内存芯片制造方法正值关键时刻。全球内存芯片短缺凸显了两个市场现实：新建晶圆厂成本极高且耗时漫长，且某些内存需求呈周期性波动。在数据中心和人工智能驱动的时代，HBM已成为市场焦点。

全球领先的内存制造商如SK海力士和美光正竞相建设数十亿美元的晶圆厂，以满足需求，押注即使这些工厂投产时，市场对高带宽内存的需求依然旺盛。

Kepler联合创始人兼CEO Debo Olaosebikan表示：“我们最初计划先开发SRAM，再逐步推出DRAM和HBM。但自2022年ChatGPT发布及HBM替代需求爆发后，我们开始同步推进HBM和SRAM的研发。”

Intel Capital董事总经理Srini Ananth补充：“我们并未预设Kepler技术会取代DRAM或SRAM，而是让市场决定。如今两者需求都在增长。”

Kepler绕开紫外光刻技术，是少数试图规避半导体制造重大瓶颈的科技初创公司之一。该公司声称，其SRAM密度可媲美2纳米或3纳米芯片，且无需投资EUV设备。

GlobalFoundries CMOS业务高级副总裁Ed Kaste表示：“Kepler的方案符合我们的战略重点。它采用新材料体系，具备多代工艺扩展潜力，无需重建晶圆厂或投入昂贵光刻设备。”

材料创新

Kepler的核心理念是，快速发展的计算市场无需等待全新内存晶圆厂建设完成即可满足需求。通过现有晶圆厂采用新制造方法，内存供应可大幅提升。

在HBM方面，Kepler开发了一种创新的3D制造技术，使更多内存芯片在固定面积内堆叠，核心计算单元与内存距离更近，降低数据传输能耗。目标是实现HBM的数据传输能耗接近SRAM，同时保持HBM的大容量优势。

在SRAM方面，Kepler利用铁电材料提升密度。铁电材料能在更低电压下读写数据，Kepler开发出一种低电压复合材料，配合铁电技术使用。

联合创始人兼CTO Sasi Manipatruni表示，团队经历了35次复合材料迭代，最终找到一种既能简化制造又降低成本的材料类别。

“解决了HBM的物理限制后，我们创造了材料创新，提升芯片间内存容量。”他说。

Kepler称，在与GlobalFoundries的早期合作中，仅用8个月就将一家晶圆厂升级为“下一代”工厂，而传统升级周期通常为24个月。

Olaosebikan表示：“我们的目标是利用现有晶圆厂和架构，推动其物理极限。”

Kepler赌注在于，采用新材料或改造现有晶圆厂的额外成本远低于新建晶圆厂的200亿至400亿美元投资及数亿美元设备费用。

等待规模化

Kepler Computing距离全面量产仍有较长路要走。迄今为止，公司已在约2000片晶圆上测试技术，计划今年晚些时候交付首批HBM芯片样品，明年在新加坡扩大生产，2028年开始美国量产。

GlobalFoundries高管Kaste对技术突破充满信心，但指出挑战在于如何在数千片晶圆、数百万芯片上保持良好良率。

他提到，Kepler使用的复合材料中含铁元素，铁是生产环境中的难控污染物，因此必须使用专用设备或完全封装以防泄漏。

“关键是确保材料在生产流程中严格隔离。”他说。

Olaosebikan未透露复合材料具体成分，仅表示用料种类有限，且部分材料非主流铁电材料。

Kepler并非唯一试图颠覆半导体行业的初创公司。去年底，另一家名为Substrate的初创企业因其利用纳米颗粒进行光刻的新方法引发关注，但业内分析师对其能否按时按质大规模生产芯片持怀疑态度。

无论是新工艺、新材料还是两者结合，半导体制造创新面临的共同难题是如何克服污染、材料差异和设备兼容性限制，实现规模化且成本合理。

芯片分析师Austin Lyons表示：“关键是如何解决污染、材料和设备的限制，使创新技术能大规模应用且具备成本效益。”

验证新内存制造方法是一回事，满足历史性市场需求则是另一大挑战。