一家致力于重新设计计算机内存架构的雄心勃勃的芯片创业公司，在潜心研发七年后，刚刚结束隐秘状态，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）技术来缩小芯片上的晶体管尺寸，从而在相同面积内集成更多技术。Kepler则声称，其“3D堆叠”方法结合专有新材料，能够在无需依赖EUV的情况下提升芯片密度，并且兼容现有半导体制造厂。

此外，Kepler还在CPU、GPU和XPU中常用的高速缓存SRAM内存方面取得类似进展。SRAM位于芯片核心，以减少数据传输时间；而HBM则是由多层DRAM堆叠组成，属于芯片的独立内存组件。

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“在美国开发新一代高性能AI内存技术，基于创新的3D和铁电技术”。

目前，Kepler的大部分测试工作在新加坡进行，GlobalFoundries作为制造合作伙伴和5000万美元投资者，在当地拥有工厂。过去两年，Kepler与GlobalFoundries合作建设了“迷你晶圆厂”，在28纳米工艺芯片上生产其内存芯片，同时也在美国佛蒙特州伯灵顿的GlobalFoundries工厂进行测试。

Kepler及其投资者认为，该公司新型内存芯片制造方法正值全球内存芯片短缺之际。市场现实表明，建设新晶圆厂成本高昂且周期漫长，而某些内存类型的需求具有周期性。在数据中心和AI驱动的时代，HBM成为市场焦点。

全球领先的内存制造商如SK海力士和美光，正竞相投资数十亿美元建设晶圆厂，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，再推进DRAM和HBM。但自从2022年ChatGPT发布及HBM替代品需求爆发后，我们开始同步推进SRAM和HBM的研发。”

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

通过绕开紫外光刻技术，Kepler成为少数试图突破半导体制造瓶颈的创业公司之一。该公司声称，其SRAM芯片密度可达到2纳米或3纳米芯片水平，而无需投资EUV设备。

GlobalFoundries CMOS业务高级副总裁Ed Kaste表示：“Kepler的方法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。”

材料创新方面，Kepler主张加速计算市场无需等待新晶圆厂建设，通过现有晶圆厂采用新制造方法即可提升内存供应。

具体来说，Kepler开发了一种创新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数据传输能耗接近SRAM，同时保持HBM的大容量优势。

此外，Kepler利用铁电材料提升SRAM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透露，团队经过35次复合材料迭代，最终找到一种能简化且降低内存芯片制造成本的材料类别。

“解决了HBM的物理限制后，我们创新了材料，提升芯片间内存容量。”他说。

Kepler与GlobalFoundries合作，将晶圆厂升级为“下一代”工厂仅用时8个月，而传统周期通常为24个月。

Olaosebikan表示：“我们的目标是充分利用现有晶圆厂和架构，推动物理极限。”

Kepler赌注在于，材料创新和现有晶圆厂改造的成本远低于新建晶圆厂的200亿至400亿美元及数亿美元设备投入。

不过，Kepler距离全面量产仍有较长路要走。迄今为止，公司已测试约2000片晶圆，计划今年晚些时候交付首批HBM芯片样品，明年在新加坡扩大产能，2028年开始美国生产。

GlobalFoundries高管Kaste对技术突破充满信心，但指出材料体系中含铁元素是生产挑战之一。铁是难以控制的污染物，需专用设备或完全封装以防泄漏。

“关键在于生产流程中严格隔离该材料。”他说。

Olaosebikan未透露具体复合材料成分，仅称使用的材料种类有限，且部分非主流铁电材料。

Kepler并非唯一试图颠覆半导体行业的创业公司。去年底，另一家资金充足的创业公司Substrate因其利用纳米粒子进行光刻的新方法引发关注，但业界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，实现规模化且成本合理的生产。

芯片分析师Austin Lyons表示：“关键在于如何解决污染、材料和设备限制，使创新能大规模应用且经济可行。”

验证新内存制造方法是一回事，满足历史性需求则是另一巨大挑战。