Vào đầu tháng 4, hãng sản xuất bán dẫn TSMC đã giới thiệu dòng microchip 2 nm tiên tiến nhất thế giới và dự định sẽ khởi động sản xuất hàng loạt vào nửa cuối năm nay.
Được kỳ vọng mang lại bước nhảy vọt về hiệu suất và hiệu quả năng lượng, con chip mới có thể thay đổi sâu sắc cục diện công nghệ toàn cầu. Tuy vậy, quá trình đưa chip 2 nm vào sản xuất quy mô lớn cũng sẽ đối mặt với nhiều thử thách, từ chi phí đến các yêu cầu kỹ thuật khắt khe.
Microchip là thành phần cốt lõi trong mọi sản phẩm công nghệ hiện đại, có mặt từ những vật dụng nhỏ như bàn chải đánh răng điện đến smartphone, laptop hay các thiết bị gia dụng, theo Live Science. Các vi mạch này được chế tạo bằng cách xếp lớp và khắc vật liệu (như silicon) để tạo nên những mạng mạch siêu nhỏ chứa hàng tỷ bóng bán dẫn.
Bóng bán dẫn đóng vai trò như những công tắc siêu nhỏ, điều khiển dòng điện, cho phép máy tính xử lý dữ liệu. Chip càng tích hợp nhiều bóng bán dẫn trên cùng một diện tích thì hiệu năng càng cao. Do đó, việc thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn là mục tiêu quan trọng nhằm nâng cao tốc độ xử lý và giảm tiêu thụ năng lượng cho thiết bị.
Công nghệ chip tiên tiến của TSMC đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm, bao gồm các bộ xử lý dòng A của Apple (dùng trong iPhone, iPad, Mac), GPU của Nvidia hỗ trợ AI và học máy, bộ xử lý Ryzen và EPYC của AMD dùng trong siêu máy tính toàn cầu, cũng như bộ vi xử lý Snapdragon từ Qualcomm cho điện thoại của Samsung, Xiaomi, OnePlus và Google.
Năm 2020, TSMC giới thiệu công nghệ FinFET 5 nm, bước tiến quan trọng cho sự phát triển của smartphone và các ứng dụng điện toán hiệu năng cao (HPC), nơi nhiều bộ xử lý vận hành song song để xử lý các phép toán phức tạp. Đến năm 2022, hãng tiếp tục trình làng công nghệ 3 nm, giúp chip nhỏ gọn hơn, vận hành mạnh mẽ hơn và tiêu thụ ít điện hơn.
Với thế hệ chip 2 nm mới nhất, các thiết bị như smartphone, laptop và tablet hứa hẹn đạt hiệu suất cao hơn cùng thời lượng pin được kéo dài. Điều này mở đường cho việc sản xuất các sản phẩm mỏng nhẹ hơn mà vẫn đảm bảo sức mạnh xử lý ấn tượng.
So với chip 3 nm, chip 2 nm của TSMC mang lại nhiều cải tiến đáng kể: tốc độ tính toán tăng từ 10% – 15% với mức tiêu thụ điện tương đương hoặc điện năng tiêu thụ giảm 20% – 30% nếu giữ nguyên tốc độ. Đồng thời, mật độ bóng bán dẫn trong chip cũng tăng thêm khoảng 15% so với công nghệ 3 nm, góp phần nâng cao hiệu suất tổng thể của thiết bị.
Những cải tiến này sẽ đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng AI, như trợ lý ảo, dịch thuật thời gian thực và hệ thống máy tính tự lái. Các trung tâm dữ liệu cũng có thể tối ưu khả năng xử lý trong khi giảm thiểu điện năng tiêu thụ, hỗ trợ mục tiêu phát triển bền vững. Ngoài ra, các ngành công nghệ cao như xe tự lái và robot sẽ được hưởng lợi nhờ khả năng xử lý nhanh hơn và độ ổn định cao hơn của chip 2 nm, góp phần thúc đẩy sự phổ biến rộng rãi.
Dù chip 2 nm mở ra cơ hội lớn, quá trình sản xuất vẫn gặp không ít thách thức. Việc chế tạo chip ở kích thước siêu nhỏ đòi hỏi phải sử dụng công nghệ quang khắc cực tím cực mạnh (EUV), vốn rất phức tạp và chi phí cao. Quá trình này yêu cầu độ chính xác tuyệt đối để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Một thách thức lớn khác là vấn đề tản nhiệt. Dù chip mới tiêu thụ điện ít hơn, việc tăng mật độ bóng bán dẫn có thể khiến nhiệt lượng tích tụ nhiều hơn, đòi hỏi những giải pháp tản nhiệt hiệu quả hơn để tránh ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.
Thêm vào đó, khi chip thu nhỏ đến mức 2 nm, các vật liệu truyền thống như silicon có thể không còn đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất. Điều này buộc các nhà sản xuất phải nghiên cứu và ứng dụng những vật liệu mới.
