Chưa từng có trong lịch sử: Láng giềng Việt Nam chế tạo chip 1nm nhỏ nhất thế giới, tăng hiệu suất gấp 10 lần, phá vỡ rào cản vật lý tồn tại suốt 70 năm

Transistor là linh kiện cơ bản cấu thành mọi chip máy tính. Với kích thước 1 nanomet, linh kiện này nhỏ đến mức mắt thường hoàn toàn không thể nhìn thấy và ngay cả kính hiển vi quang học thông thường cũng khó quan sát.

Nghiên cứu do hai giáo sư Qiu Chenguang và Peng Lianmao dẫn đầu đã được công bố trên tạp chí khoa học Science Advances. Điểm đáng chú ý của công trình không chỉ nằm ở việc thu nhỏ kích thước linh kiện, mà còn ở việc giải quyết một vấn đề tồn tại lâu nay trong ngành công nghiệp chip.

Trong nhiều năm, các nhà khoa học trên khắp thế giới có thể thu nhỏ transistor xuống quy mô cực nhỏ, nhưng để chúng hoạt động ổn định lại cần điện áp khá cao, thường trên 1,5V. Mức điện áp này không tương thích với các nhân logic của chip, khiến hệ thống tiêu tốn nhiều năng lượng hơn và làm tăng độ trễ khi xử lý dữ liệu.

Nhóm nghiên cứu tại Peking University đã tìm ra một hướng tiếp cận mới. Họ sử dụng vật liệu ống nano carbon kim loại làm cổng điều khiển của transistor. Khi cổng này được thu nhỏ xuống kích thước cực nhỏ, nó tạo ra hiệu ứng tập trung điện trường, tương tự như việc ánh sáng được hội tụ qua kính lúp, khiến cường độ điện trường tại một điểm tăng mạnh.

Nhờ cơ chế này, transistor mới chỉ cần điện áp khoảng 0,6V để vận hành, thấp gần 3 lần so với các thiết kế trước đây. Đây là lần đầu tiên loại bóng bán dẫn này có thể hoạt động ở mức điện áp tương thích với các bộ phận xử lý trung tâm của chip. Nói cách khác, bài toán đánh đổi giữa kích thước siêu nhỏ và điện áp thấp, thách thức ngành bán dẫn suốt nhiều thập kỷ, đã được giải quyết.

Các chỉ số hiệu suất cũng cho thấy kết quả đáng chú ý. Transistor mới chỉ tiêu thụ khoảng 0,45 femtojoule trên mỗi micromet, thấp hơn khoảng 10 lần so với nhiều kết quả quốc tế từng công bố. Tốc độ phản hồi cũng rất nhanh, chỉ mất khoảng 1,6 nanogiây cho mỗi chu kỳ xử lý.

Điểm đặc biệt nằm ở chỗ hiệu suất của linh kiện không giảm khi tiếp tục thu nhỏ. Trái lại, khi chiều dài cổng tiến gần giới hạn 1nm, hiệu ứng tập trung điện trường càng mạnh, khiến transistor hoạt động hiệu quả hơn. Điều này đi ngược lại xu hướng thông thường của công nghệ bán dẫn, nơi việc thu nhỏ quá mức thường làm giảm hiệu năng.

Đột phá này được đánh giá có thể mở ra hướng phát triển mới cho các thế hệ chip trí tuệ nhân tạo. Loại transistor mới có khả năng vừa lưu trữ dữ liệu vừa thực hiện tính toán ngay tại chỗ, thay vì phải truyền dữ liệu liên tục giữa bộ nhớ và bộ xử lý như cấu trúc chip truyền thống. Cách tiếp cận này có thể giúp giảm bớt “bức tường bộ nhớ”, một trong những nút thắt lớn nhất đang hạn chế hiệu năng của các hệ thống AI hiện đại.

Thành tựu này xuất hiện trong bối cảnh ngành bán dẫn toàn cầu đang chịu tác động mạnh từ các yếu tố địa chính trị. Năm 2022, Mỹ đã áp đặt các biện pháp hạn chế nhằm ngăn doanh nghiệp quốc tế bán thiết bị sản xuất chip tiên tiến cho Trung Quốc.

Thay vì chững lại, Bắc Kinh đẩy mạnh đầu tư cho nghiên cứu và phát triển nhằm tìm kiếm các hướng đi công nghệ độc lập.

Trong khi những tập đoàn như Nvidia vẫn giữ vị thế dẫn đầu trên thị trường chip cao cấp, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đang nỗ lực phát triển những giải pháp công nghệ mới nhằm thu hẹp khoảng cách. Theo công ty phân tích TrendForce, thiết kế này hiện được xem là transistor lưu trữ điện nhỏ nhất và tiết kiệm năng lượng nhất từng được báo cáo trên thế giới.

Theo đánh giá của TrendForce, đây là transistor lưu trữ điện nhỏ nhất và tiết kiệm năng lượng nhất từng được báo cáo trên toàn cầu. Nếu được thương mại hóa trong tương lai, công nghệ này có thể mở đường cho thế hệ chip mới với hiệu năng cao hơn đáng kể nhưng tiêu thụ điện năng thấp hơn, đặc biệt trong các hệ thống AI quy mô lớn.

Theo IE