Chip 2nm bước đột phá mới trong công nghệ
Đầu tháng 4, TSMC đã công bố dòng vi mạch 2 nm – loại chip tiên tiến nhất hiện nay – và dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt trong nửa cuối năm nay.
Nhà sản xuất đến từ Đài Loan khẳng định đây sẽ là bước đột phá lớn về hiệu năng và hiệu quả, hứa hẹn tạo ra sự thay đổi trong cục diện công nghệ hiện tại. Tuy nhiên, quá trình sản xuất đại trà chip 2 nm được dự báo sẽ đối mặt với nhiều thách thức về mặt kỹ thuật và chi phí.
Vi mạch (microchip) là nền móng của công nghệ hiện đại, hiện diện trong hầu hết các thiết bị điện tử — từ những món đồ quen thuộc như bàn chải đánh răng điện, điện thoại thông minh, máy tính xách tay đến các thiết bị gia dụng — theo trang Live Science. Quá trình chế tạo chip bao gồm việc xếp chồng và khắc chính xác các lớp vật liệu như silicon để tạo nên các mạch tích hợp siêu nhỏ, chứa hàng tỷ bóng bán dẫn.
Bóng bán dẫn là những công tắc siêu nhỏ có nhiệm vụ điều tiết dòng điện, đóng vai trò thiết yếu trong hoạt động của máy tính và các thiết bị điện tử. Về cơ bản, chip càng tích hợp được nhiều bóng bán dẫn thì hiệu suất càng cao, hoạt động càng mạnh mẽ. Chính vì vậy, các hãng sản xuất chip luôn tìm cách thu nhỏ và tối ưu hóa để tích hợp thêm nhiều bóng bán dẫn trên một diện tích giới hạn, giúp tăng hiệu năng và giảm mức tiêu thụ năng lượng cho thiết bị.
Công nghệ sản xuất vi mạch tiên tiến của TSMC hiện đang được nhiều hãng lớn trên thế giới tin dùng. Chẳng hạn, dòng chip A do Apple thiết kế — được sử dụng trong iPhone, iPad và Mac — đều được sản xuất nhờ công nghệ của TSMC. Tương tự, các GPU của Nvidia dành cho học máy và trí tuệ nhân tạo (AI) cũng dựa trên nền tảng này. Ngoài ra, bộ xử lý Ryzen và EPYC của AMD — vốn được triển khai trong nhiều siêu máy tính toàn cầu — và dòng chip Snapdragon của Qualcomm, xuất hiện trong các thiết bị của Samsung, Xiaomi, OnePlus, Google, đều có sự góp mặt của công nghệ vi mạch từ TSMC.
Năm 2020, TSMC bắt đầu hành trình thu nhỏ những "bộ não tí hon" của thời đại kỹ thuật số với công nghệ 5 nm FinFET. Đây không chỉ là một bước tiến công nghệ, mà còn là nền móng cho những chiếc điện thoại thông minh nhanh nhạy và các hệ thống máy tính hiệu năng cao – nơi nhiều bộ xử lý cùng lúc xử lý những bài toán tính toán phức tạp như thể đang khiêu vũ cùng nhau.
Hai năm sau, họ tiếp tục bứt phá với công nghệ 3 nm – những con chip nhỏ hơn, mạnh mẽ hơn, thông minh hơn. Nhưng TSMC không dừng lại ở đó.
Bây giờ, "át chủ bài" mới – chip 2 nm – đã sẵn sàng. Với thiết kế tinh vi đến từng nguyên tử, chip này hứa hẹn mang lại hiệu suất vượt trội và kéo dài thời lượng pin cho smartphone, tablet và laptop. Tưởng tượng một thiết bị nhỏ gọn hơn, mỏng nhẹ hơn, nhưng vẫn mạnh mẽ như một chiếc máy tính để bàn – đó là tầm nhìn mà chip 2 nm đang dần hiện thực hóa.
Cụ thể, so với thế hệ chip 3 nm trước đó, phiên bản 2 nm có thể tăng tốc độ xử lý thêm 10% đến 15% mà vẫn giữ nguyên lượng điện tiêu thụ. Hoặc nếu giữ nguyên hiệu suất, nó sẽ tiêu hao ít điện hơn tới 30%. Mật độ bóng bán dẫn – những công tắc siêu nhỏ bên trong chip – cũng tăng khoảng 15%, mở ra cánh cửa cho những tác vụ nặng trở nên nhẹ tênh, trơn tru và tiết kiệm năng lượng.
Điều này không chỉ làm hài lòng người dùng cá nhân, mà còn là tin vui cho cả thế giới công nghệ. Các ứng dụng AI như trợ lý giọng nói, dịch thuật tức thì, hay hệ thống máy tính tự lái sẽ được tiếp thêm sức mạnh. Các trung tâm dữ liệu có thể tiết kiệm điện mà vẫn tăng tốc xử lý – một cú đúp hoàn hảo cho hiệu suất và môi trường. Xe tự hành và robot thông minh cũng được tiếp thêm "nhiên liệu số" để hoạt động an toàn, ổn định hơn trong thế giới thực.
Nhưng đằng sau những con số ấn tượng là hàng loạt thách thức. Việc sản xuất chip 2 nm không hề đơn giản – nó đòi hỏi công nghệ quang khắc EUV (cực tím siêu mạnh) với độ chính xác gần như tuyệt đối. Một sai sót nhỏ có thể khiến cả lô sản phẩm không dùng được. Và tất nhiên, chi phí sản xuất cũng tăng theo độ tinh vi ấy.
Chưa dừng lại, việc thu nhỏ bóng bán dẫn đồng nghĩa với tăng nhiệt lượng trong không gian nhỏ hẹp hơn. Kiểm soát nhiệt độ trở thành một bài toán nan giải, bởi nếu quá nóng, chip sẽ giảm hiệu năng và tuổi thọ. Ngoài ra, silicon – người bạn đồng hành lâu năm của ngành bán dẫn – có thể sắp chạm đến giới hạn của chính mình.
Thật may, cuộc đua công nghệ không thiếu những bất ngờ. Tháng 3 vừa qua, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh tuyên bố đã làm nên một kỳ tích: họ tạo ra bóng bán dẫn dùng bismuth – một vật liệu khác hẳn silicon truyền thống. Bóng bán dẫn mới này không chỉ nhanh hơn chip silicon 3 nm của Intel và TSMC tới 40%, mà còn tiêu thụ ít điện hơn 10%.
Nếu ví ngành công nghiệp bán dẫn là một cuộc đua marathon, thì chip 2 nm là bước sải lớn, và những nghiên cứu như của Đại học Bắc Kinh chính là luồng gió mới thổi vào đường chạy ấy – nơi tốc độ, trí tuệ và sự sáng tạo không bao giờ dừng lại.
Bài viết được tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau.
B.C.T
