Mỗi con chip có hàng tỷ bóng bán dẫn, chuyện gì sẽ xảy ra nếu một vài bóng bán dẫn trong đó bị hỏng?

Ngày nay, những con chip trên cả điện thoại lẫn PC đều có hàng tỉ bóng bán dẫn. Đễ dễ hiểu, nếu bóng bán dẫn càng nhỏ, số lượng bóng bán dẫn có trên CPU càng nhiều. Về cơ bản, số lượng bóng bán dẫn* sẽ tỉ lệ thuận với hiệu năng CPU và tỉ lệ nghịch với mức tiêu thụ điện năng, tức càng nhiều bóng bán dẫn trên 1 diện tích, hiệu năng càng tăng nhưng mức điện tiêu hao cũng ít đi. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu một vài trong hàng tỉ bóng bán dẫn có trên CPU bị hỏng?

Điều gì sẽ xảy ra nếu một vài trong hàng tỉ bóng bán dẫn có trên CPU bị hỏng?

Câu trả lời này lại thuộc về một khái niệm mà các công ty bán dẫn đặt ra, được gọi là quản lý độ hiệu quả (yield management), hay số khác lại đặt một cái tên khác là phân loại (binning).

Khi sản xuất một cái đế wafer* dành cho những con chip, nó sẽ phải trải qua tất cả các chuỗi quá trình thử nghiệm tự động. Ngay lập tức, những con chip này tiếp tục được đưa vào hàng loạt thử nghiệm về điện hay logic để biết nó có hoạt động hay không.

Đế wafer

Nhiệm vụ của "quản lý độ hiệu quả" là đảm bảo tối đa số lượng chip hoạt động tốt sau khi sản xuất. Các nhà sản xuất phải tìm cách để nâng tỉ lệ phần trăm đó bằng cách cải tiến quy trình. Một thay đổi nhỏ trong quy trình có thể làm tăng hiệu năng đáng kể nhưng lại tiêu tốn hàng tỉ đô-la của nhà sản xuất. Thế nên, dù hiệu năng chỉ tăng một chút nhưng có thể giúp nhà sản xuất thu về mức lợi nhuận cực cao.

Những con chip hư hỏng sẽ ngay lập tức được sẽ được đánh dấu lại. Sau đó, các hệ thống tự động sẽ cắt miếng đế wafer ra khỏi những con chip này nhằm đảm bảo phần tốt còn có thể sử dụng lại được. Phần còn lại sẽ tiếp tục trải qua những quy trình thử nghiệm khác. Nhà sản xuất sẽ phải kiểm tra logic của nó để xác nhận những gì hoạt động và những gì không.

Tuy nhiên, không phải cứ có một vài bóng bán dẫn hư hỏng là sẽ vứt đi. Một số con chip có những bóng bán dẫn hư hỏng trong một nhân. Nếu con chip này là Intel Core i7 hay cao hơn, nó sẽ không vượt qua bài thử nghiệm. Nhưng nếu đây là Core i5 hoặc thấp hơn thì nó lại đạt được xác nhận vượt qua. Các chân (trace)* hư hỏng sẽ bị cắt đi và đưa đi-ốt (diode)* vào để vô hiệu hóa phần mạch đó. Chúng sẽ được thử nghiệm một lần nữa và trải qua quá trình cải tiến logic nhiều lần cho đến khi con chip vượt qua mức tối thiểu. Còn nếu không thể đảm bảo được chất lượng, nó sẽ bị "đào thải".

Nói một cách khác, mọi con chip không phải thuộc phân khúc cao cấp nhất đều có lỗi, không lỗi này thì lỗi khác. Core i5 chính là con chip Core i7 bị vô hiệu hóa hẳn phần lỗi, ví dụ như siêu phân luồng (hyper-thearding), hạ thấp xung nhịp, vô hiệu hóa một số bộ nhớ đệm (cache),... Điều tương tự cũng xảy ra đối với Core i3 và Pentium hay Celeron, phụ thuộc vào mức lỗi mà con chip gặp phải. Bằng cách này, nhà sản xuất sẽ không lãng phí bất cứ một con chip nào dù chúng bị lỗi mà vẫn đảm bảo chúng hoạt động một cách hiệu quả. Trừ khi nó lỗi quá nặng, như không có bất cứ nhân nào hoạt động, sẽ bị vứt đi.

Core i7 "lỗi" dưới "mác" Pentium G4560

Trên thực tế, vẫn có những con chip Core i7 "lỗi nặng" được đóng "mác" Pentium hay Core i3 để bán. "Có còn hơn không" – thành ngữ này chỉ đúng quan niệm của các nhà sản xuất chip. Việc họ đóng mác con chip Core i7 bị hỏng thành "Pentium G4560" sẽ khiến mức lợi nhuận thu về giảm xuống còn 25 USD, thay vì là 150 USD khi bán ra dưới cái tên cao cấp Core i7–7700K, nhưng vẫn tốt hơn khi không thu về đồng nào và vứt nó đi.

Còn với những quá trình khác như đóng gói, chúng không tiêu tốn quá nhiều chi phí. Các vật liệu bên trong con chip có giá cao hơn một chút với chi phí nhà máy sản xuất (fab)* cần để sử dụng chúng. Nhà sản xuất không kiếm tiền từ việc sản xuất phần ít được bán trong các cửa hàng nhưng lại từ hàng triệu phần khác trên thế giới. Đó là lý do tại sao những con chip được sản xuất trên những quy trình fab cũ có giá thực sự chỉ vài xu. Bởi chúng có thể tạo ra hàng triệu "nhân bản" khác. Các fab thu lợi nhuận từ chúng và đảm bảo hiệu năng của chúng phải cao.

Tóm lại, các con chip Core i5, Core i3, Pentium hay Celeron đều là những con chip Core i7 bị lỗi ở nhiều mức độ khác nhau. Dù vậy, chúng ta không cần phải quá hoang mang hay lo lắng bởi chúng đã được nhà sản xuất kiểm tra và thực hiện các bài thử nghiệm nhằm đảm bảo hiệu năng khi bán ra.

Chú thích:

- Transistor (bóng bán dẫn): Là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.

- Đế wafer: Là một miếng silicon mỏng, được cắt ra từ thanh silicon hình trụ. Nó được sử dụng như là vật liệu nền để sản xuất vi mạch tích hợp.

- Trace: Các chân được hàn trên chip hoặc các đường nối mạch có bên trong chip.

- Diode: Một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại.

- Fab: Nhà máy sản xuất các sản phẩm điện tử, ví dụ ở đây là nhà máy sản xuất chip.