IBM mới đây đã công bố phát triển thành công công nghệ chế tạo chip ở mức 0,7 nanomet (nm), tương đương 7 angstrom, đánh dấu bước tiến được hãng mô tả là công nghệ bán dẫn dưới 1 nm đầu tiên trên thế giới.

Theo IBM, đây là cột mốc mang tính bước ngoặt trong bối cảnh ngành công nghiệp bán dẫn đang tiến gần tới những giới hạn vật lý của các phương pháp thu nhỏ chip truyền thống.

“Đột phá chip mới nhất của IBM đánh dấu thời khắc quan trọng của ngành điện toán, đưa công nghệ vượt ra ngoài kỷ nguyên nanomet để tiến tới quy mô nguyên tử. Với kiến trúc nanostack mới, chúng tôi không chỉ tạo ra những bóng bán dẫn nhỏ hơn mà còn tái định nghĩa cách chế tạo chip nhằm đạt hiệu năng và hiệu quả năng lượng vượt trội”, ông Jay Gambetta, Phó Chủ tịch phụ trách IBM Research kiêm Nhà nghiên cứu cấp cao của IBM, cho biết.

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ đưa bán dẫn trở thành cuộc đua khốc liệt. Đây là nền tảng của hầu hết các hệ thống hiện đại, từ máy tính, thiết bị điện tử tiêu dùng, hạ tầng viễn thông đến các hệ thống giao thông và cơ sở hạ tầng trọng yếu.

Con chip dưới 1nm mới của IBM tích hợp khoảng 100 tỷ bóng bán dẫn trong diện tích chỉ tương đương một móng tay. Mật độ bóng bán dẫn gần gấp đôi so với chip 2nm mà IBM từng giới thiệu vào năm 2021.

Theo IBM, con chip cho thấy ngành bán dẫn vẫn có thể tiếp tục nâng cao hiệu năng và hiệu quả sử dụng năng lượng ngay cả khi kích thước bóng bán dẫn đã tiến sát tới giới hạn vật lý.

Điểm đột phá nằm ở kiến trúc “Nanostack”. Nếu như các thế hệ chip truyền thống bố trí bóng bán dẫn trên cùng một mặt phẳng theo chiều ngang, Nanostack lại áp dụng cấu trúc xếp chồng ba chiều (3D), cho phép các linh kiện được bố trí theo phương thẳng đứng nhằm gia tăng mật độ tích hợp.

Cách tiếp cận này không chỉ giúp tận dụng không gian hiệu quả hơn mà còn cho phép kết hợp nhiều loại vật liệu bán dẫn khác nhau hoặc sắp xếp các thành phần theo từng mục đích sử dụng riêng biệt. Nhờ đó, các nhà thiết kế có thể xây dựng những bộ xử lý chuyên dụng tối ưu cho các ứng dụng AI.

Tuy nhiên, việc chuyển từ kiến trúc phẳng sang kiến trúc xếp chồng theo chiều dọc cũng đặt ra những yêu cầu rất khắt khe về công nghệ chế tạo. Các quy trình sản xuất trở nên phức tạp hơn đáng kể, đòi hỏi độ chính xác cực cao trong việc kiểm soát từng lớp vật liệu và kết nối giữa các tầng linh kiện.

Khi so sánh với công nghệ 2nm của hãng, công nghệ mới có thể mang lại mức tăng hiệu năng lên tới 50% hoặc cải thiện hiệu quả năng lượng tới 70%.

Theo IBM, việc nâng cao hiệu quả truyền dữ liệu giữa bộ xử lý và bộ nhớ có thể giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng của các trung tâm dữ liệu AI. Đồng thời, công nghệ mới cũng mở ra khả năng thiết kế linh hoạt với các dòng chip chuyên biệt phục vụ AI.

IBM đặt mục tiêu thương mại hóa công nghệ này trong vòng 5 năm tới. Hãng cho biết Nanostack là một nền tảng công nghệ phổ quát, có thể áp dụng cho nhiều loại vi xử lý khác nhau, từ bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ xử lý đồ họa (GPU) cho tới chip dành cho thiết bị di động.

Theo IBM, công nghệ này có thể trở thành nền tảng thế hệ mới cho ngành bán dẫn, đóng vai trò thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này trong hơn một thập kỷ tới. Công ty đặt mục tiêu lộ trình thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn, từ mức 0,7 nm hiện nay xuống các mốc 5 angstrom, 3 angstrom và xa hơn là tiến tới ngưỡng 1 angstrom.

Dù vậy, IBM chưa công bố đối tác nào sẽ đảm nhận việc sản xuất hàng loạt công nghệ 0,7 nm trong tương lai. Một số đánh giá thậm chí cho rằng công ty có thể quay trở lại vai trò sản xuất bán dẫn khi gần đây đã công bố kế hoạch thành lập Enduron, một xưởng đúc chuyên phục vụ chip lượng tử. IBM trước đây từng là một nhà sản xuất bán dẫn tích hợp theo mô hình tự thiết kế và tự sản xuất.