Ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu vừa chứng kiến một cú sốc lớn khi IBM 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 bước đột phá phá vỡ các giới hạn vật lý thông thường, mở ra cuộc đua khốc liệt mới trong phân khúc chip siêu máy tính và trí tuệ nhân tạo.
Đột phá công nghệ: 100 tỷ bóng bán dẫn trên diện tích móng tay
Trong thế giới vi mạch hiện đại, thuật ngữ nanomet không còn đo chiều dài cổng vật lý truyền thống. Khi kiến trúc chip chuyển sang không gian ba chiều, thước đo giá trị là mật độ bóng bán dẫn. IBM đã nhồi nhét thành công gần 100 tỷ bóng bán dẫn siêu nhỏ vào một bảng mạch chỉ bằng kích thước móng tay người. Mật độ này cao gần gấp đôi so với chip 2 nm thế hệ 2021.
Việc rút ngắn khoảng cách di chuyển của electron giữa các cổng giúp hiệu suất tăng vượt trội 50%, đồng thời cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng tới 70% so với thế hệ 2 nm trước đó.
Kiến trúc nanostack: Chìa khóa tạo nên kỳ tích
Chìa khóa cốt lõi nằm ở kiến trúc mang tên 'nanostack'. Thay vì chạy đua phân bố bóng bán dẫn theo chiều ngang đã chạm ngưỡng giới hạn, IBM phát triển giải pháp xếp chồng các vật liệu khác nhau theo cấu hình tuần tự 3D. Cấu trúc mỗi bóng bán dẫn thế hệ mới gồm ba phần tử tấm nano xếp tầng, mỗi phần tử chỉ vỏn vẹn 15 hàng nguyên tử silicon.
Đột phá này hứa hẹn tái định hình sức mạnh xử lý cho các hệ thống từ trí tuệ nhân tạo tạo sinh, hạ tầng điện toán đám mây đến thiết bị di động trong tương lai.
Lộ trình thương mại hóa: Còn 5 năm nữa
Tuy nhiên, từ bản thiết kế phòng thí nghiệm đến dây chuyền sản xuất hàng loạt là khoảng cách rất dài. Các ông lớn gia công bán dẫn như TSMC vẫn đang chật vật ở tiến trình 2 nm. TSMC mới chỉ bắt đầu sản xuất giới hạn chip 2 nm vào cuối năm ngoái, dự kiến Apple là tên tuổi đầu tiên ứng dụng dòng chip M6 cho MacBook Pro trong năm nay. Đối tác chiến lược của IBM là Rapidus cũng phải mất ít nhất một năm nữa mới vận hành thương mại dây chuyền 2 nm.
Việc thiết lập nút tiến trình 1 nm đòi hỏi thay đổi toàn diện từ nguồn vật liệu, công cụ quang khắc thế hệ mới đến tối ưu hóa sản lượng trên mỗi tấm wafer. Ngay cả IBM cũng thừa nhận rằng lộ trình để những con chip 1 nm đầu tiên lăn bánh khỏi nhà máy cần tối thiểu 5 năm nữa. Người tiêu dùng phổ thông sẽ phải kiên nhẫn, nhưng giới công nghệ có quyền kỳ vọng vào một cuộc cách mạng điện toán mới.
