Rào cản 10 nm bị phá vỡ, IBM ra mắt chip 7 nm đầu tiên trên thế giới

Mới đây, IBM cùng các đối tác GlobalFoundries, Samsung, SUNY và rất nhiều đối tác khác của mình đã giới thiệu vi xử lý 7 nm sử dụng công nghệ bán dẫn chức năng đầu tiên trên thế giới. Mặc dù những con chip 7 nm thương mại sẽ chỉ xuất hiện sớm nhất trong vòng 2 năm tới nhưng có thể coi đây là thành tựu đáng tự hào của công nghệ thế giới bởi rào cản chip 10 nm cuối cùng đã bị phá vỡ. Ngoài ra, sự kiện này cũng đánh dấu sự xuất hiện của chip thương mại FinFET sử dụng vật liệu silicon-germanium và được sản xuất bằng tia cực tím extreme ultraviolet (EUV) lithography đầu tiên.

Con chip 7 nm vẫn đang trong quá trình thử nghiệp bởi IBM và các ông lớn công nghệ khác. Họ đã và đang gặp phải rất nhiều khó khăn với dự án táo bạo này. Có thể kể đến là sự khác biệt giữa bán dẫn FinFET và bán dẫn thương mại FinFETs hay vật liệu silicon-germanium (SiGe) thay thế cho silicon truyền thống. Những khó khăn đó đã được tưởng thưởng xứng đáng khi IBM tuyên bố, thế hệ chip 7 nm làm giảm hiệu năng tiếp xúc bề mặt 50% so với thế hệ chip 10 nm trong khi hiệu năng và khả năng tiêu thụ điện được tối ưu tốt hơn ít nhất 50%.

Về mặt công nghệ, vật liệu SiGe và tia cực tím EUV là 2 điểm đáng nói nhất về vi xử lý mới. SiGe cho hiệu năng di chuyển của các electron tốt hơn so với silicon nguyên chất. Nó rất phù hợp để tạo ra các bóng bán dẫn kích thước siêu nhỏ. Khoảng cách giữa 2 bóng bán dẫn được tạo bằng vật liệu mới giờ đây còn nhỏ hơn 0,5 nm vốn là khoảng cách giưa các bóng bán dẫn silicon. Sự kết hợp giữa silicon và germanium hứa hẹn sẽ giải quyết tốt các vấn đề mà chip 10 nm vẫn đang gặp phải. Sau IBM, Intel, TMSC và cả Samsung cũng có thể sẽ áp dụng loại vật liệu này trong chế tạo vi xử lý.

Tia cực tím cũng góp phần giúp các nhà sản xuất có thể chế tạo ra con chip nhỏ hơn. Về cơ bản, với vi xử lý kích thước nhỏ, chúng ta cần một chùm sáng đủ hẹp để tăng khả năng chế tạo chính xác và tia cực tím EUV hoàn toàn đáp ứng được điều này với bước sóng chỉ 13,5 nm thay thế cho tia laser có bước sóng 193 nm. Tuy nhiên, dù ưu việt là thế nhưng vấn đề của tia cực tím là chi phí rất tốn kém để đưa vào sản xuất thương mại. Khi đó, các nhà sản xuất sẽ phải tìm 1 phương cách khác thích hợp hơn. Bên cạnh đó, cũng rất khó để khẳng định rằng giá thành sản xuất sẽ ở mức hợp lý nếu tìm được cách thay thế tia cực tím vì quy trình sản xuất vô cùng phức tạp khi nhà sản xuất cố gắng "nhét" nhiều bóng bán dẫn lên một con chip.

Hiện tại, công nghệ 10 nm vẫn đang được sử dụng bởi Intel, TSMC, GlobalFoundries và Samsung. Còn quá sớm để nói về tiềm năng thương mại của vi xử lý 7 nm. Tuy vậy, đột phá của công nghệ chip 7 nm mở ra cơ hội để con người có thể chinh phục nấc thang mới là công nghệ chip 5 nm.