Vì sao Intel nói tiến trình sản xuất chip 10nm của Samsung chỉ tương đương tiến trình 14nm đã 3 năm tuổi?

Giữa tuần này, Intel đã dành hẳn nửa ngày để chia sẻ về công nghệ sản xuất vi xử lý. Công ty này vẫn lấy định luật Moore làm kim chỉ nam và tin rằng đây vẫn sẽ là hướng đi chung cho ngành công nghiệp sản xuất chip bán dẫn. Tuy nhiên, cách hiểu của định luật này đang dần thay đổi. Công ty này đồng thời cũng muốn thay đổi cách thế giới gọi tên các tiến trình sản xuất vì hiện tại, kích thước không phản ánh đúng số lượng bóng bán dẫn được đặt trên mỗi con chip.

Định luật Moore gốc, được sửa đổi vào năm 1975 để giảm xuống 2 năm/lần thay vì 1 năm.

Trong định luật Moore, được phát hiện bởi cựu đồng sáng lập của Intel Gordon Moore, số lượng bóng bán dẫn trên một vi mạch sẽ gấp đôi sau mỗi 2 năm đồng thời chi phí sản xuất của mỗi bóng bán dẫn sẽ giảm một nửa. Định luật này đã chỉ đường dẫn lối cho ngành sản xuất vi xử lý suốt 3 thập kỉ qua. Trong suốt khoảng thời gian đó, mỗi tiến trình lại có số lượng bóng bán dẫn gấp đôi trong khi giảm kích thước đi 0,7 lần. Nhờ tốc độ phát triển này, hiệu năng của máy tính đã tăng phi mã khiến không có tiến bộ công nghệ nào của loài người có thể đuổi kịp.

Tuy nhiên, bước vào thế kỉ 20, tỉ lệ này bắt đầu trở nên khó khăn do việc rút gọn vi mạch không còn dễ dàng như trước nữa. Dù vậy, định luật Moore vẫn đứng vững nhờ vào những kĩ thuật mới được phát triển như kéo dãn đế silicon, cổng kim loại có chỉ số K cao hay FinFets. Việc gấp đôi mật độ bóng bán dẫn cũng như giảm một nửa chi phí sản xuất vẫn diễn ra mỗi 2 năm.

Lần rút gọn gần đây nhất của Intel đã mất khá nhiều thời gian để thực hiện. Công ty này trình làng tiến trình 14nm vào tháng Chín 2014 với dòng CPU Broadwell. Hơn 2 năm sau, thế hệ CPU mới nhất Kaby Lake vẫn dựa trên 14nm. Nếu đúng theo lộ trình, các vi xử lý 10nm sẽ phải xuất hiện trong năm nay nhưng Coffee Lake, thế hệ CPU thứ 4 sản xuất trên dây chuyền 14nm lại được dự kiến ra mắt.

Về lý thuyết, khoảng cách 3 năm giữa mỗi lần thu nhỏ vi xử lý thay vì chuẩn 2 năm sẽ đặt dấu chấm hết cho định luật Moore. Thế nhưng Intel khẳng định điều ngược lại. Công ty này cho rằng từ 14nm xuống 10nm sẽ nâng mật độ bóng bán dẫn lên nhiều hơn gấp 2 lần. Ở tiến trình 10nm, công ty này cũng sẽ giới thiệu một số kĩ thuật để đạt được siêu tỉ lệ “hyperscaling”. Mỗi ô logic sẽ được bao quanh bởi các cổng giả dummy gate để chia cách với các ô lân cận.

Trước đây, sẽ có 2 dummy gate ở mỗi viền của ô logic nhưng với tiến trình 10nm, Intel sẽ giảm xuống còn 1, nhờ đó giảm diện tích của mỗi ô và có thể chèn được nhiều hơn.

Mỗi cổng này sẽ có một số tiếp điểm được sử dụng để nối chúng với lớp kim loại của chip. Bình thường, các tiếp điểm này sẽ cách các cổng một chút nhưng với tiến trình 10nm, Intel sẽ đặt luôn tiếp điểm lên trên các cổng để giảm thiểu diện tích của mỗi cổng, giúp tăng mật độ bóng bán dẫn. Kĩ thuật này được gọi là “contact over active gate” – tiếp điểm trên cổng chủ động.

Các tính năng bổ trợ này theo Intel là yếu tố làm chậm việc rút gọn tiến trình. Bởi vậy, dù chỉ đạt được 2 tiến trình trong 5,5 năm (tính từ 22nm), Intel khẳng định họ vẫn đạt được cải tiến gấp 7 lần về mật độ bóng bán dẫn.

Cũng vì kĩ thuật hyperscaling, công ty này tỏ ra không mấy vui vẻ với cách người ta đang dùng kích thước để gọi tên mật độ bóng bán dẫn của một con chip. Thực tế, tiến trình 14nm của Intel có mật độ bóng bán dẫn cũng như kích thước ô logic nhỏ vượt trội so với 14nm và 16nm của các đối thủ cạnh tranh như GlobalFoundries, TSMC hay Samsung. Qualcomm hiện đang sử dụng tiến trình 10nm của Samsung để sản xuất Snapdragon 835 và SoC này được coi là vi xử lý thương mại đầu tiên dựa trên tiến trình 10nm.

Tuy nhiên, mật độ bóng bán dẫn 10nm của Samsung chỉ tương đương với tiến trình 14nm vốn đã 3 năm tuổi của Intel. Dù ra mắt vi xử lý 10nm muộn hơn, công nghệ của Intel vẫn đang vượt trội so với các đối thủ.

Bởi vậy, Intel muốn gọi tên tiến trình của họ theo số ô logic trên mỗi milimet vuông, theo hàng triệu, với tỉ lệ 3:2 giữa ô NAND và ô xử lý.

Theo cách tính này, tiến trình 22nm của Intel sẽ có 15,3 triệu bóng bán dẫn mỗi milimet vuông (MTr/mm2). Tiến trình 14nm hiện tại là 37,5 MTr/mm2 và tới đây 10nm sẽ là 100,8 MTr/mm2. Khi so sánh với các tiến trình 14/16nm với chỉ khoảng 28 MTr/mm2, Intel dự đoán 10nm của các đối thủ sẽ chỉ đạt khoảng 50 MTr/mm2.

Có một điều có thể khẳng định là các đối thủ cạnh tranh của Intel sẽ không thích đơn vị tính này bởi thời gian nghiên cứu và phát triển ngắn hơn sẽ giúp họ đưa ra sản phẩm sớm hơn để chiếm lĩnh thị trường.

Cuối cùng thì chắc gì người tiêu dùng đã quan tâm đến số lượng bóng bán dẫn của CPU hay SoC trên thiết bị mình đang dùng?

Tham khảo ArsTechnica