IBM chứng minh chip 0,7nm hoạt động được. Nhà máy sản xuất nó chưa tồn tại

Phòng thí nghiệm nghiên cứu của IBM tại Albany, New York đã chế tạo chip hoạt động ở mức 0,7 nanomét — dưới ngưỡng 1nm mà nhiều kỹ sư cho rằng sẽ mất một thập kỷ để đạt được. Chip này chứa gần 100 tỷ bóng bán dẫn trên diện tích bằng một móng tay. Kết quả thí nghiệm là có thật. Sản xuất thương mại quy mô lớn cần ít nhất năm năm.

Kiến trúc được gọi là nanostack, hoạt động bằng cách sắp xếp bóng bán dẫn thành hai tầng thẳng đứng thay vì một lớp phẳng duy nhất. Mỗi tầng chứa ba tấm nano dày 15 nguyên tử, được bố trí lệch nhau để đơn giản hóa việc định tuyến kết nối điện giữa các tầng và giảm tỷ lệ lỗi. Quy trình 2nm của TSMC — tiêu chuẩn thương mại tiên tiến nhất trong sản xuất hàng loạt năm nay — sử dụng thiết kế phẳng một tầng. IBM đã thêm một tầng thứ hai.

Sự khác biệt về hiệu suất so với chip 2nm của IBM năm 2021 rất đáng kể: nhiều hơn 50% sức mạnh tính toán với cùng mức tiêu thụ điện, hoặc hiệu suất năng lượng cao hơn 70% với cùng khối lượng công việc. Mật độ SRAM cải thiện 40%. Đối với các nhà vận hành trung tâm dữ liệu AI — đã chi tổng cộng khoảng 300 tỷ đô la cho cơ sở hạ tầng tính toán vào năm 2025 — mức tiết kiệm 70% năng lượng không phải là con số trừu tượng. Điều đó sẽ thay đổi kinh tế xây dựng trung tâm dữ liệu và giảm hóa đơn điện đang là chi phí vận hành chủ đạo của suy luận AI.

IBM đã hợp tác với Lam Research, Tokyo Electron, SCREEN và ASML về các công cụ quy trình cần thiết cho sản xuất nanostack. Không có công ty nào trong số đó công bố lịch trình sản xuất. Lộ trình của IBM dự kiến chấp nhận thương mại trong ít nhất năm năm; phân tích của MIT Technology Review đặt con số này ở mức mười năm để triển khai rộng rãi. Lý do là kỹ thuật. Xếp chồng bóng bán dẫn theo chiều dọc làm tăng các chế độ lỗi, và ngân sách nhiệt hẹp: mọi thứ trong quá trình xây dựng tầng thứ hai phải dưới 400°C vì nhiệt độ cao hơn sẽ làm suy giảm các kết nối đã được tạo trong tầng đầu tiên.

Điều nanostack thiết lập là mật độ bóng bán dẫn vẫn có thể tăng gấp đôi. Câu hỏi từng lơ lửng trong ngành bán dẫn nhiều năm — liệu Định luật Moore có đạt đến giới hạn vật lý không thể vượt qua — đã có câu trả lời: chưa. Con đường phía trước là theo chiều dọc. Lộ trình bán dẫn của IBM dự kiến ít nhất một thập kỷ mở rộng quy mô tiếp theo dựa trên kiến trúc nanostack. Các chip thương mại đầu tiên với mật độ này dự kiến sớm nhất là năm 2031.

Thẻ: ASML, IBM, nanostack, semiconductors, TSMC