IBM vừa công bố chip 0,7 nanomet (7 angstrom) đầu tiên trên thế giới tại hội nghị VLSI 2026, đánh dấu bước đột phá vượt qua ngưỡng 1 nanomet vốn được coi là giới hạn vật lý của ngành bán dẫn. Thành tựu này đạt được nhờ kiến trúc nanostack hoàn toàn mới, xếp các bóng bán dẫn chồng lên nhau theo chiều thẳng đứng thay vì dàn ngang như truyền thống.
Vượt qua bức tường 1 nanomet
Trong nhiều năm, ngưỡng 1 nanomet được giới kỹ thuật coi là bức tường vật lý khó vượt. Dưới mức đó, transistor tiếp cận kích thước của vài nguyên tử, nơi các hiệu ứng lượng tử cản trở hoạt động ổn định. Chip 0,7nm của IBM có kích thước chỉ bằng vài nguyên tử, nhỏ hơn 100.000 lần so với đường kính sợi tóc người. Để vượt qua thách thức này, IBM không chỉ thu nhỏ transistor mà còn thay đổi cách bố trí chúng.
Kiến trúc nanostack: xếp chồng ba chiều
IBM đặt tên cho kiến trúc mới là nanostack. Thay vì sắp xếp transistor trên mặt phẳng ngang, nanostack xếp chúng chồng lên nhau theo chiều dọc và so le trong không gian ba chiều. Điều này cho phép nhét nhiều transistor hơn vào cùng diện tích mà không cần thu nhỏ từng transistor đến mức cực hạn. Mỗi lớp trong cấu trúc có thể sử dụng vật liệu khác nhau, tối ưu riêng cho tốc độ hoặc tiết kiệm điện, thay vì áp dụng một công thức duy nhất cho toàn bộ chip.
Giám đốc nghiên cứu IBM Jay Gambetta cho biết: "Chúng tôi không chỉ làm transistor nhỏ hơn mà đang tái thiết kế cách chip được xây dựng để cung cấp nhiều hiệu năng và hiệu quả năng lượng hơn đáng kể."
Thông số ấn tượng: gần 100 tỷ transistor
Chip 0,7nm đạt mật độ gần 100 tỷ transistor trên diện tích bằng móng tay, gần gấp đôi so với chip 2nm mà IBM ra mắt năm 2021. So với chip 2nm đó, phiên bản mới mang lại hiệu năng cao hơn tới 50% hoặc tiết kiệm điện hơn tới 70% tùy cách cấu hình. Bộ nhớ SRAM tích hợp nhỏ hơn 40%, điều đặc biệt quan trọng vì chip AI thường bị hạn chế tốc độ do chờ bộ nhớ. Bề rộng phần vảy của bóng bán dẫn chỉ khoảng 15 hàng nguyên tử silic xếp chồng lên nhau.
Ứng dụng và kế hoạch sản xuất
Những thông số này mở ra ứng dụng rộng rãi từ điện thoại thông minh và laptop tiêu thụ ít điện hơn đến máy chủ AI và trung tâm dữ liệu có thể chạy các mô hình lớn hơn trong cùng ngân sách điện năng. Điều này đặc biệt có giá trị khi ngành AI đang đối mặt với áp lực tiêu thụ điện ngày càng lớn.
IBM đặt mục tiêu đưa công nghệ này vào sản xuất đại trà trong vòng 5 năm tới. Cơ sở nghiên cứu tại Albany, New York đang trang bị thêm máy quang khắc EUV khẩu độ cao của ASML, thiết bị cần thiết để in mạch điện ở độ phân giải nguyên tử. IBM dự báo kiến trúc nanostack mở ra lộ trình thu nhỏ chip ổn định ít nhất thêm một thập kỷ, cho thấy ngành bán dẫn chưa chạm đến giới hạn tuyệt đối như nhiều người từng lo ngại.
