IBM công bố công nghệ chip xử lý nhỏ nhất 2 nanometer đầu tiên trên thế giới

Tập đoàn IBM (Hoa Kỳ) ngày 6-5-2021 (giờ Mỹ) đã công bố bước đột phá trong thiết kế và quy trình bán dẫn với chip đầu tiên trên thế giới được chế tạo với công nghệ tấm nano (nanosheet) 2 nanometer (nm). Chất bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong mọi thứ, từ điện toán tới thiết bị gia dụng, thiết bị liên lạc, hệ thống giao thông và cơ sở hạ tầng quan trọng.

Tấm wafer 2nm của IBM.

Tiến trình 2nm (nanomet) là kích thước bán dẫn nhỏ nhất thế giới hiện nay (các chip di động mới nhất của thế giới đang được sản xuất với tiến trình 5nm). Về lý thuyết, tiến trình sản xuất càng nhỏ (tức kích thước bóng bán dẫn – transistor), mật độ bóng bán dẫn được “nhét” vào mỗi milimet chip càng cao cho phép sản xuất những con chip nhỏ hơn, có hiệu suất năng lượng tốt hơn và có nhiều sức mạnh xử lý hơn. (nanomet là đơn vị chiều dài siêu nhỏ, 1 triệu nanomet bằng 1 milimet).

Nhu cầu tăng hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong mỗi CPU chưa bao giờ hạ nhiệt, đặc biệt là trong kỷ nguyên của đám mây lai (hybrid cloud), trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT). Thiết kế chip 2nm mới của IBM sẽ giúp nâng cao hơn nữa những cải cách tiên tiến trong ngành công nghiệp bán dẫn, giải quyết nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp này. Công nghệ chip 2nm mới được dự đoán sẽ đạt được hiệu suất cao hơn 45%, sử dụng năng lượng thấp hơn 75% so với các chip 7nm tiên tiến nhất hiện nay trên thị trường.

Theo IBM, những lợi ích tiềm năng của chip 2nm tiên tiến này sẽ được tính theo cấp số nhân so với các chip bán dẫn tiên tiến nhất hiện nay, có thể kể đến như:

Cắt giảm lượng khí thải carbon của các trung tâm dữ liệu, những nơi đang sử dụng 1% tổng số năng lượng tiêu thụ toàn cầu (theo số liệu của Science Magazine). Vì thế, việc thay thế vi xử lý của các máy chủ tại những trung tâm dữ liệu này sang bộ xử lý dựa trên công nghệ chip 2nm có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng dẫn tới giảm lượng khí thải carbon độc hại cho môi trương.
Tăng tốc mạnh mẽ các chức năng của máy tính xách tay, từ xử lý nhanh hơn trong các ứng dụng, hoặc hỗ trợ dịch ngôn ngữ dễ dàng hơn, cho đến đẩy nhanh hơn tốc độ truy cập Internet…
Tăng gấp 4 lần tuổi thọ pin điện thoại di động, người dùng chỉ cần sạc thiết bị cầm tay thông minh của họ 4 ngày một lần. (Dựa trên thống kê sử dụng hiện nay về các smartphone chạy chip 7nm).
Góp phần phát hiện đối tượng nhanh hơn và rút ngắn thời gian phản ứng trên các phương tiện tự hành như xe tự lái.

Ông Dario Gil, Phó Chủ tịch cấp cao kiêm Tổng Giám đốc Nhóm Nghiên cứu của IBM (IBM Research), cho biết: “Những đổi mới trong thế hệ chip xử lý hoàn toàn mới này là điều cần thiết để tạo ra các nền tảng công nghệ vượt trội và mạnh mẽ hơn. Công nghệ chip được giới thiệu lần này là thành quả của cách tiếp cận hợp tác, là minh chứng cho thấy các đột phá về khoa học và công nghệ có thể diễn ra nhanh chóng và hiệu quả như thế nào, nhờ vào sự hợp tác sâu rộng và nguồn lực được các bên đầu tư và chia sẻ.”

IBM luôn đi đầu trong đột phá công nghệ bán dẫn

Bước đột phá mới nhất này được xây dựng dựa trên nhiều thập kỷ dẫn đầu của IBM trong lĩnh vực công nghệ bán dẫn. Các nghiên cứu phát triển công nghệ bán dẫn 2nm lần này của IBM được tiến hành tại phòng lab Albany Nanotech Complex ở thành phố Albany (bang New York, Hoa Kỳ), nơi các nhà khoa học của IBM cộng tác chặt chẽ với các đối tác khu vực công và tư nhân để không ngừng phá bỏ ranh giới của công nghệ bán dẫn siêu việt cũng như thúc đẩy khả năng mở rộng từ logic đến thực tiễn.

Việc đổi mới trong hợp tác nghiên cứu và phát triển công nghệ lần này giúp cho IBM Research Albany trở thành phòng lab hàng đầu thế giới về nghiên cứu công nghệ bán dẫn và sẽ tạo ra một hệ sinh thái các cải tiến mới, giúp giải quyết nhu cầu sản xuất và đẩy nhanh tốc độ phát triển của ngành công nghiệp chip toàn cầu.

Không thể không nhắc tới di sản đồ sộ những đột phá về chất bán dẫn của IBM như công nghệ bán dẫn 7nm và 5nm, DRAM tế bào đơn (single cell DRAM), Định luật tỷ lệ Dennard (Dennard Scaling Laws), máy quang khuếch đại hóa học (chemically amplified photoresists), dây kết nối bằng đồng (copper interconnect wiring), công nghệ Silicon on Insulator, bộ vi xử lý đa nhân, điện môi cổng High-k (High-k gate dielectrics), bộ nhớ DRAM nhúng (embedded DRAM) và công nghệ sắp xếp chip 3D (3D chip stacking). Sản phẩm được thương mại hóa đầu tiên của IBM dựa trên công nghệ bán dẫn 7nm của IBM Research sẽ ra mắt vào cuối năm nay trong hệ thống IBM Power Systems dựa trên vi xử lý IBM POWER10.

50 tỷ bóng bán dẫn trên một con chip kích cỡ móng tay

Việc tăng số lượng bóng bán dẫn trên mỗi chip có thể làm cho con chip nhỏ hơn, nhanh hơn, đáng tin cậy hơn và hiệu quả hơn. Thiết kế chip 2nm của IBM thể hiện khả năng mở rộng quy mô tiên tiến của chất bán dẫn sử dụng công nghệ bảng nano (nanosheet technology) của IBM Research. Kiến trúc của thế hệ chip hoàn toàn mới này là một bước tiến nhảy vọt quan trọng của cả ngành công nghiệp. Được phát triển chưa đầy 4 năm sau khi IBM Research công bố thiết kế 5nm quan trọng của mình, bước đột phá mới nhất này về lý thuyệt cho phép có tới 50 tỷ bóng bán dẫn trên một con chip 2nm có kích thước bằng móng tay.

Nhiều bóng bán dẫn hơn trên một con chip cũng có nghĩa là các nhà thiết kế bộ xử lý có nhiều lựa chọn hơn để truyền tải các cải tiến nhân (core), nhằm cải thiện hiệu năng cho khối lượng công việc hàng đầu như AI và điện toán đám mây, cũng như tạo ra các con đường mới cho bảo mật và mã hóa được thực thi bằng phần cứng. IBM không ngừng triển khai và sáng tạo các cải tiến nhân khác trong các thế hệ phần cứng mới nhất như IBM POWER10 và IBM z15.

Xin mời xem video:

https://youtube.com/watch?v=HD5KbeR5mtc