Ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu vừa bị rúng động trước thông báo mới nhất từ IBM. Gã khổng lồ công nghệ Mỹ đã chính thức công bố bản thiết kế hoàn chỉnh cho thế hệ vi xử lý áp dụng tiến trình dưới 1 nm.
Đây được xem là một đòn giáng mạnh vào các giới hạn vật lý tưởng chừng không thể vượt qua, bỏ xa những thành tựu của chính hãng này với công nghệ 2 nm được thiết lập từ vài năm trước.
Đột phá này hứa hẹn sẽ tái định hình toàn bộ sức mạnh xử lý của các hệ thống từ trí tuệ nhân tạo tạo sinh, hạ tầng điện toán đám mây cho đến những thiết bị di động cầm tay trong tương lai.
Trong thế giới vi mạch hiện đại, thuật ngữ nanomet từ lâu đã không còn dùng để đo lường chiều dài cổng vật lý của bóng bán dẫn theo cách truyền thống. Khi kiến trúc chip chuyển dịch sang không gian ba chiều, thước đo giá trị nhất chính là mật độ bóng bán dẫn trên một diện tích bề mặt.
Ở khía cạnh này, IBM đã làm nên một điều không tưởng: nhồi nhét thành công gần 100 tỷ bóng bán dẫn siêu nhỏ vào một bảng mạch chỉ vỏn vẹn bằng kích thước móng tay người. Mật độ kinh ngạc này cao gần gấp đôi so với chip 2 nm thế hệ 2021.
Việc rút ngắn khoảng cách di chuyển của các electron giữa các cổng bật tắt dữ liệu đã mang lại hiệu suất vượt trội tới 50%, đồng thời cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng một cách ấn tượng lên đến 70%.
Chìa khóa cốt lõi tạo nên kỳ tích này nằm ở kiến trúc mang tên 'nanostack'. Thay vì tiếp tục chạy đua phân bố bóng bán dẫn theo chiều ngang vốn đã chạm ngưỡng giới hạn, IBM đã phát triển giải pháp xếp chồng các vật liệu khác nhau theo cấu hình tuần tự 3D.
Cấu trúc của mỗi bóng bán dẫn thế hệ mới sẽ bao gồm ba phần tử tấm nano xếp tầng, với mỗi phần tử được cấu thành từ vỏn vẹn 15 hàng nguyên tử silicon.
Tuy nhiên, từ bản thiết kế phòng thí nghiệm đến dây chuyền sản xuất thương mại hàng loạt là một khoảng cách rất dài. Nhìn vào bức tranh thực tế, các ông lớn gia công bán dẫn hàng đầu hiện nay vẫn đang chật vật ở những bước đi đầu tiên của tiến trình 2 nm.
Gã khổng lồ TSMC của Đài Loan mới chỉ bắt đầu sản xuất giới hạn chip 2 nm vào cuối năm ngoái, và dự kiến Apple sẽ là tên tuổi đầu tiên ứng dụng dòng chip M6 trên kiến trình này cho các mẫu MacBook Pro cao cấp ngay trong năm nay. Trong khi đó, đối tác chiến lược của IBM là Rapidus cũng phải mất ít nhất một năm nữa mới có thể vận hành thương mại dây chuyền 2 nm.
Việc thiết lập một nút tiến trình mới như 1 nm đòi hỏi sự thay đổi toàn diện từ nguồn vật liệu, công cụ quang khắc thế hệ mới cho đến bài toán tối ưu hóa sản lượng trên mỗi tấm wafer. Ngay cả IBM cũng phải thừa nhận rằng, lộ trình để những con chip 1 nm đầu tiên lăn bánh khỏi nhà máy một cách hoàn chỉnh sẽ cần tối thiểu 5 năm nữa. Người tiêu dùng phổ thông chắc chắn sẽ phải kiên nhẫn, nhưng giới công nghệ có quyền kỳ vọng vào một cuộc cách mạng điện toán mới đang thành hình từ những cấu trúc nguyên tử nhỏ bé.
Tham khảo: Newatlas
Đức Khương
