Chi tiết về chip 5nm đầu tiên trên thế giới của IBM: 30 tỷ bóng bán dẫn, hiệu năng cao hơn tới 40% so với chip 10nm của Samsung, tiết kiệm 75% năng lượng

Chi tiết về chip 5nm đầu tiên trên thế giới của IBM: 30 tỷ bóng bán dẫn, hiệu năng cao hơn tới 40% so với chip 10nm của Samsung, tiết kiệm 75% năng lượng
Theo: Master Dùi Theo Trí Thức Trẻ
Thể loại: Sản Phẩm Công Nghệ
Thành quả của sự kết hợp giữa thiết kế bóng bán dẫn mới và công nghệ quang khắc bằng tia cực tím.

Hợp tác với Samsung và GlobalFoundries, IBM mới đây đã trình làng chip silicon 5nm đầu tiên trên thế giới. Điều đặc biệt nhất ở con chip này không phải là hiệu năng hay mật độ bóng bán dẫn vượt trội mà là thiết kế phẳng với các cổng đặt xung quanh bóng bán dẫn gate-all-around GAA cũng như công nghệ quang khắc bằng tia siêu cực tím (extreme ultraviolet – EUV) lần đầu tiên được ứng dụng trong thực tế.

Máy khắc siêu cực tím EUV

Máy khắc siêu cực tím EUV

GAAFETs có thể được coi là bước tiến vượt bậc của công nghệ 3 công tri-gate finFETs đang thịnh hành trên các thiết kế chip 22nm hoặc nhỏ hơn. Cũng không có gì lạ khi tri-gate finFETs đang dần trở nên lạc hậu khi áp dụng lên 7nm. GAAFETs sẽ là hướng đi mới cho các nhà sản xuất khi có thể đạt được đến mức 3nm, đặc biệt khi kết hợp với EUV.

Máy vệ sinh tấm wafer

Máy vệ sinh tấm wafer

2D, 3D rồi lại 2D

Trước đây, bóng bán dẫn thường được chế tạo bằng cách trải các lớp nguyên liệu lên nhau. Khi các bóng bán dẫn 2D này trở nên ngắn dần, thường là do phải nhét nhiều bóng bán dẫn hơn vào cùng một diện tích, các nhà sản xuất sẽ gặp khó khăn trong việc tạo ra những bóng bán dẫn hoạt động tốt. Cuối cùng, khi các kênh bị thu hẹp quá, sẽ có rất nhiều nguyên tử silicon không thể truyền điện đủ nhanh qua thiết bị.

Khi đó, FinFETs ra đời để giải quyết vấn đề này bằng thiết kế 3 chiều. Với FinFETs, các kênh sẽ không còn là những lớp silicon 2D nữa mà các vây 3D thò lên từ bề mặt vật liệu, giúp nhồi nhét được một thể tích silicon lớn hơn rất nhiều. Các bóng bán dẫn thì ngày càng được thu nhỏ còn các vây 3D này cũng phải được làm mỏng hơn. Bởi vậy, giờ đây các nhà sản xuất chip sẽ cần một loại bóng bán dẫn mới để giữ vững mục tiêu thu nhỏ kích thước.

GAAFETs là một dạng thiết kế kiểu 2D nhưng được xây dựng trên kinh nghiệm, máy móc và kĩ thuật được dùng cho finFETs. Có khá nhiều cách để thiết kế GAAFETs nhưng ở màn hợp tác IBM-Samsung-GlobalFoundries, các bóng bán dẫn sẽ được xếp theo chiều ngang. Cách dễ nhất để tưởng tượng về GAAFETs là lấy finFETs rồi xoay 90 độ. Giờ đây, các kênh thay vì là các vây dựng dọc thì giờ chúng sẽ được ép thành chiều ngang. Các vây giờ đây sẽ giống như các dây nanowire (hoặc tấm nanosheet, tùy vào độ rộng) giữa nguồn và bóng bán dẫn.

GAAFETs của IBM sẽ bao gồm 3 tấm nanosheet xếp chồng lên nhau với các cổng, thứ bật/tắt các kênh để tạo tín hiệu nhị phân, lấp đầy các khoảng trống. Bởi vậy, các tấm silicon sẽ có một thể tích cổng và kênh khá lớn, giúp GAAFETs trở nên ổn định hơn, hiệu năng tốt hơn cũng như dễ dàng thu nhỏ hơn nữa.

Quá trình sản xuất GAAFETs

Quá trình sản xuất GAAFETs

Trên phương diện chế tạo, GAAFETs là một tiến trình khá thú vị. Về cơ bản, người ta sẽ đặt các lớp silicon và silicon-germanium (SiGe) xen kẽ. Sau đó, SiGe sẽ được rút ra thông qua một quá trình gọi là “dệt lớp nguyên tử” để lại các khoảng trống giữa các lớp silicon, được gọi là nanosheet. Cuối cùng, các nanosheet đó sẽ được lấp đầy bằng các kim loại chế tạo cổng có trị số k cao.

Sự khác biệt về bề rộng của các kênh truyền dẫn

Sự khác biệt về bề rộng của các kênh truyền dẫn

Một trong những lợi thế của GAAFETs 5nm bởi IBM là việc giảm thiểu được sự phức tạp của việc sắp xếp các thành phần của bóng bán dẫn hay còn gọi là patterning. Sau khi vượt qua công nghệ 28nm, việc sản xuất chip bán dẫn ngày càng trở nên đắt đỏ hơn do cách sắp xếp bóng bán dẫn trở nên phức tạp hơn cùng yêu cầu tăng mật độ. Patterning là một quá trình nhiều công đoạn trong đó bố cục của con chip, thứ xác định vị trí thiết lập của nanosheet và các thành phần khác. Sau đó, các thành phần này sẽ được dệt lại với nhau thông qua quá trình quang khắc. Khi bóng bán dẫn được thu nhỏ, mọi thứ cũng sẽ được thu nhỏ và phức tạp hơn. Khi diện tích silicon được giữ nguyên, để phủ đầy chân đế này, người ta sẽ cần phải pattern nhiều hơn, dẫn đến việc tăng giá thành và thời gian sản xuất các tấm wafer.

Ảnh chụp ngang của các bóng bán dẫn 5nm GAAFETs

Ảnh chụp ngang của các bóng bán dẫn 5nm GAAFETs

Giám đốc nghiên cứu thiết bị silicon của IBM, ông Huiming Bu đã khẳng định rằng chip 5nm là những ứng dụng đầu tiên của công nghệ quang khắc siêu cực tím. Các tia EUV có chiều rộng chỉ 13,5nm, nhỏ hơn cực kì nhiều so với sóng của các máy quang khắc dạng nhúng hiện hành, vốn có chiều rộng lên tới 193nm. EUV thực tế đã được nghiên cứu thành công cách đây 10 năm nhưng chỉ vài tháng gần đây mới được thương mại hóa. Có lẽ thời của tia siêu cực tím đã tới.

Vậy GAAFETs tốt đến đâu?

IBM cho rằng, khi so sánh với chip thương mại 10nm (của Samsung), công nghệ 5nm mới sẽ mang lại hiệu năng cao hơn tới 40% trên cùng một mức điện áp hay nói cách khác là giảm 75% điện năng tiêu thụ. Mật độ bóng bán dẫn cũng tăng vọt khi IBM có thể nhồi tới 30 tỷ bóng bán dẫn vào một con chip diện tích 5mm2, tăng gấp rưỡi so với mức 20 tỷ của chip 7nm.

Hướng đi của các nhà sản xuất chip bán dẫn trong tương tai gần

Hướng đi của các nhà sản xuất chip bán dẫn trong tương tai gần

GAAFETs thực tế cũng không cần đến 5nm mới được áp dụng. Trong ngành công nghiệp bán dẫn, các nhà sản xuất thường có xu hướng cải tiến tiến trình sản xuất và thiết kế bóng bán dẫn hơn là đầu tư hàng tỷ USD để sử dụng một công nghệ mới, chưa ổn định. FinFETs hiện nay đã giúp con người đạt mức 7nm nên việc chạm đến 5nm bằng finFETs cũng không phải là một điều gì đó quá bất khả thi.

Tất nhiên, ở một thời điểm nào đó, người ta sẽ nhận ra rằng thời gian, chi phí và sự phức tạp của việc sản xuát bóng bán dẫn nhỏ hơn sẽ không đáng nữa. Thay vào đó, họ sẽ nghĩ đến việc sản xuất bóng bán dẫn 3D “xịn” bằng cách chồng nhiều đế silicon lên nhau rồi kết nối bằng các công nghệ như xuyên silicon through-silicon vias (TSV). Hiện tại, Intel cũng đã và đang nghiên cứu việc xếp chồng các con chip lên nhau để chuẩn bị cho tiến trình 10nm từ 2015. Công nghệ vẫn đang phát triển từng ngày nên những bóng bán dẫn 3D, 4D có lẽ sẽ chỉ cần vài năm nữa để xuất hiện.

Tham khảo ArsTechnica

Mở hộp Samsung Galaxy Tab A7: thiết kế pha lẫn hoài cổ và hiện đại, loa là điểm mạnh

tinybook tinybook 8 tháng 3 ngày
Mở hộp Samsung Galaxy Tab A7: thiết kế pha lẫn hoài cổ và hiện đại, loa là điểm mạnh
Galaxy Tab A7 là mẫu tablet gợi cho tôi nhiều kỷ niệm, đi kèm đó là nhiều điểm tân thời hấp dẫn trong tầm giá 7,99 triệu đồng.

iPad Pro sẽ là sản phẩm đầu tiên của Apple dùng màn hình Mini-LED, ra mắt vào cuối năm nay

tinybook tinybook 8 tháng 3 tuần
iPad Pro sẽ là sản phẩm đầu tiên của Apple dùng màn hình Mini-LED, ra mắt vào cuối năm nay
Với tiến độ được cải thiện đáng kể, Apple có thể sẽ ra mắt iPad Pro với màn hình Mini-LED trong quý IV năm nay, thay vì vào đầu năm sau như dự đoán trước đó.

So sánh nhanh Galaxy Tab S7+ với iPad Pro: Máy tính bảng Android đã thực sự bắt kịp được iPad?

tinybook tinybook 9 tháng 1 tuần
So sánh nhanh Galaxy Tab S7+ với iPad Pro: Máy tính bảng Android đã thực sự bắt kịp được iPad?
Với tất cả những gì tốt nhất được Samsung mang lên dòng Galaxy Tab S7, liệu tablet Android đã đủ sức bắt kịp các thiết bị iPad?

Samsung ra mắt Galaxy Tab S7 và S7+ tại VN, giá từ 19 triệu đồng

tinybook tinybook 9 tháng 2 tuần
Samsung ra mắt Galaxy Tab S7 và S7+ tại VN, giá từ 19 triệu đồng
Bộ đôi Galaxy Tab S7 mới mang tới nhiều nâng cấp về màn hình, hiệu năng và bút S Pen.

Huawei ra mắt HUAWEI MateBook D 14 tại Việt Nam, cấu hình tương đương D 15 trước đây, giá không đổi

tinybook tinybook 4 tháng 3 tuần
Huawei ra mắt HUAWEI MateBook D 14 tại Việt Nam, cấu hình tương đương D 15 trước đây, giá không đổi
Chỉ khác nhau về kích thước so với MateBook D 15, D 14 giữ nguyên tính năng và cấu hình của người tiền nhiệm, bao gồm cả bộ xử lý AMD Ryzen 5 3500U ra mắt từ năm 2019.

Mở bán MacBook M1 2020 chính hãng đầu tiên tại Việt Nam: MacBook Air phiên bản thấp nhất có giá 29 triệu đồng

tinybook tinybook 5 tháng 3 tuần
Mở bán MacBook M1 2020 chính hãng đầu tiên tại Việt Nam: MacBook Air phiên bản thấp nhất có giá 29 triệu đồng
Bên cạnh đó nhà bán lẻ còn cung cấp thêm dịch vụ nâng cấp cấu hình máy cho khách hàng thông qua đặt hàng trực tiếp trên website.

Logitech ra mắt bộ sản phẩm mới, tối ưu cho hệ sinh thái Apple

tinybook tinybook 6 tháng 1 tuần
Logitech ra mắt bộ sản phẩm mới, tối ưu cho hệ sinh thái Apple
Loạt sản phẩm chuột, bàn phím và ốp lưng mới của Logitech không chỉ có các tính năng cao cấp, mà còn có thiết kế phù hợp với hệ sinh thái sản phẩm của Apple.

Máy Mac dùng chip Apple Silicon sẽ ra mắt trong sự kiện tháng 11

tinybook tinybook 8 tháng 1 tuần
Máy Mac dùng chip Apple Silicon sẽ ra mắt trong sự kiện tháng 11
Năm nay, Apple đã tổ chức một sự kiện ra mắt sản phẩm hồi tháng 9, và chúng ta hiện đang “hóng” sự kiện iPhone 12/HomePod mini vào tuần tới. Nhưng có vẻ như Apple chưa muốn dừng lại.

Card đồ hoạ mới của NVIDIA bị "thổi giá" gấp 3 lần tại VN

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Card đồ hoạ mới của NVIDIA bị "thổi giá" gấp 3 lần tại VN
Với mức giá lên tới gần 20 triệu đồng, sở hữu RTX 3060 là một điều "không tưởng" đối với đa số game thủ Việt.

Khen thì nhiều nhưng mới chỉ có 10 người chịu mua chiếc TV OLED có thể cuộn lại của LG

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Khen thì nhiều nhưng mới chỉ có 10 người chịu mua chiếc TV OLED có thể cuộn lại của LG
Không phải do mức giá siêu cao mà các chuyên gia cho rằng độ bền mới là vấn đề mà những người mua tiềm năng phải băn khoăn suy xét.

Đến cả PlayStation 5 cũng bị các “thợ mỏ” biến thành trâu cày

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Đến cả PlayStation 5 cũng bị các “thợ mỏ” biến thành trâu cày
PlayStation 5 đã cháy hàng lại còn bị biến thành trâu cày.

Cắm nhầm adapter cho máy bay, tai nghe Sony phát nổ

tinybook tinybook 3 tháng 2 tuần
Cắm nhầm adapter cho máy bay, tai nghe Sony phát nổ
Vụ tai nạn lần này cảnh báo người dùng cần phải đọc kỹ hướng dẫn sử dụng trước khi dùng bất cứ đồ điện tử nào.

Chọn mua iPad cao cấp: iPad Gen 8, Air 2020 hay Pro 2020

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Chọn mua iPad cao cấp: iPad Gen 8, Air 2020 hay Pro 2020
Rất khó để so sánh giữa iPad Gen 8, iPad Air 2020 và iPad Pro 2020, đây đều là những mẫu iPad cao cấp đời mới nhất vừa được Apple trình làng trong năm 2020. Hãy cùng điểm qua một số ưu nhược điểm đáng chú ý của 3 dòng máy để đưa ra quyết định hợp lý nhất.

Laptop dễ nâng cấp nhất thế giới ra mắt: Mỏng nhẹ còn hơn cả MacBook Pro M1 của Apple

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Laptop dễ nâng cấp nhất thế giới ra mắt: Mỏng nhẹ còn hơn cả MacBook Pro M1 của Apple
Thật không tin nổi một laptop như vậy còn được giới thiệu vào năm 2021 này.

Máy chạy bộ thông minh Kingsmith R1 Pro: gập 180°, điều khiển qua remote/app thông minh

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Máy chạy bộ thông minh Kingsmith R1 Pro: gập 180°, điều khiển qua remote/app thông minh
Nếu như chạy bộ ngoài trời đi kèm với những rủi ro về nắng mưa, gió rét hay khói bụi thì 1 chiếc máy chạy bộ trong nhà như KingSmith R1 Pro sẽ là lựa chọn "ổn áp" hơn. Đặc biệt, bạn sẽ tiết kiệm thời gian tối đa vì không cần thay đồ, chuẩn bị đồ và lặn lội tới phòng gym.

Apple phát hành macOS Big Sur 11.2.2: Sửa lỗi hỏng phần cứng khi dùng với hub USB-C bên thứ 3

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Apple phát hành macOS Big Sur 11.2.2: Sửa lỗi hỏng phần cứng khi dùng với hub USB-C bên thứ 3
Bản cập nhật macOS Big Sur 11.2.2 được khuyến cáo cập nhật cho tất cả người dùng MacBook.

Xiaomi ra mắt Redmi MAX TV 86 inch: 4K, tần số quét 120Hz, HDMI v2.1, giá 28.5 triệu đồng

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Xiaomi ra mắt Redmi MAX TV 86 inch: 4K, tần số quét 120Hz, HDMI v2.1, giá 28.5 triệu đồng
Redmi MAX TV 86 inch được trang bị màn hình 4K 120Hz với nhiều công nghệ tiên tiến, nhưng đi kèm mức giá cực kỳ hấp dẫn.

RedmiBook Pro 14/15 inch ra mắt: Màn hình 90Hz, Intel Core thế hệ 11, Nvidia GeForce MX450, giá từ 16 triệu đồng

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
RedmiBook Pro 14/15 inch ra mắt: Màn hình 90Hz, Intel Core thế hệ 11, Nvidia GeForce MX450, giá từ 16 triệu đồng
RedmiBook Pro là dòng laptop mới của thương hiệu Redmi có mức hiệu năng trên giá thành hấp dẫn.

Mở hộp tai nghe không dây Sennheiser HD 250BT: Thiết kế nhẹ nhàng, chất âm phù hợp người chơi hệ K-Pop hoặc EDM, thời lượng sử dụng 25 giờ

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Mở hộp tai nghe không dây Sennheiser HD 250BT: Thiết kế nhẹ nhàng, chất âm phù hợp người chơi hệ K-Pop hoặc EDM, thời lượng sử dụng 25 giờ
Hiện tai nghe Sennheiser HD 250BT đang có giá 2.199.000 đồng, một mức giá khá ổn áp và dễ dàng tiếp cận đến với đại đa số người dùng.

Tổng hợp bộ sưu tập đồng hồ thể thao của Rolex có mặt tại Boss Luxury

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Tổng hợp bộ sưu tập đồng hồ thể thao của Rolex có mặt tại Boss Luxury
Bộ sưu tập đồng hồ thể thao của thương hiệu Rolex rất đa dạng, bao gồm cả những cỗ máy công cụ phù hợp với hầu hết mọi nghề nghiệp hoặc phong cách. Mỗi mẫu đồng hồ đem lại những cá tính riêng cho danh mục của thương hiệu.

Sony công bố FX3: Máy quay chuyên nghiệp nhỏ gọn, cấu hình tương đương A7S III

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Sony công bố FX3: Máy quay chuyên nghiệp nhỏ gọn, cấu hình tương đương A7S III
Ranh giới giữa máy ảnh không gương lật và máy quay cine đang bị xóa nhòa với sự ra mắt của chiếc máy này.

MacBook Pro 2021 sẽ có cổng HDMI và đầu đọc thẻ SD, ra mắt vào cuối năm nay

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
MacBook Pro 2021 sẽ có cổng HDMI và đầu đọc thẻ SD, ra mắt vào cuối năm nay
Cuối cùng thì Apple cũng mang cổng HDMI và đầu đọc thẻ SD quay trở lại, sau khi lược bỏ trên MacBook Pro kể từ năm 2016.

Đã có giá và thời điểm bán PlayStation 5 chính hãng

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Đã có giá và thời điểm bán PlayStation 5 chính hãng
PlayStation 5 là console hot nhất trên thị trường hiện nay.

Ai dùng máy ảnh Fujifilm cũng sẽ thấy nhiều cấp độ ảnh HDR khác nhau, nó là gì và nên chọn cái nào cho phù hợp?

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Ai dùng máy ảnh Fujifilm cũng sẽ thấy nhiều cấp độ ảnh HDR khác nhau, nó là gì và nên chọn cái nào cho phù hợp?
Những con số HDR 200%, 400% và 800% và 800%+ là gì? Hãy cùng xem những ví dụ trong bài để chọn ra cấp độ phù hợp với bạn nhất.

Tai nghe Airpods Max đã giúp tôi loại bỏ cơn nghiện Apple như thế nào

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Tai nghe Airpods Max đã giúp tôi loại bỏ cơn nghiện Apple như thế nào
Công nghệ kém cỏi ẩn bên trong một vẻ đẹp bóng bẩy rõ ràng vẫn kém hơn công nghệ cao cấp bên trong vỏ nhựa, và chỉ có logo của Apple thì không thể thay đổi điều đó.

iFixit tìm ra bí ẩn lớn bên trong tay cầm DualSense của PS5, lý giải vì sao cần joystick lại nhanh hỏng đến thế

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
iFixit tìm ra bí ẩn lớn bên trong tay cầm DualSense của PS5, lý giải vì sao cần joystick lại nhanh hỏng đến thế
Tay cầm DualSense của PS5 cũng gặp lỗi "truyền thống".

Lộ ảnh thực tế tai nghe AirPods thế hệ thứ 3 của Apple

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Lộ ảnh thực tế tai nghe AirPods thế hệ thứ 3 của Apple
AirPods thế hệ thứ 3 sẽ có tính năng chống ồn chủ động giống AirPods Pro.

Chrome sử dụng nhiều RAM gấp 10 lần so với Safari

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Chrome sử dụng nhiều RAM gấp 10 lần so với Safari
Trong điều kiện duyệt web bình thường và nhẹ, Google Chrome sử dụng RAM nhiều hơn 10 lần so với Safari trên macOS Big Sur, theo một thử nghiệm được thực hiện mới đây.

Phỏng vấn kỹ sư Nikon: Hãng máy ảnh Nhật Bản có thể làm gì để tạo sự khác biệt?

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Phỏng vấn kỹ sư Nikon: Hãng máy ảnh Nhật Bản có thể làm gì để tạo sự khác biệt?
Trước sự phát triển một cách nhanh chóng của Canon và Sony, Nikon có thể làm gì để không bị tụt lại phía sau?

Phát thèm với phiên bản PlayStation 5 mạ vàng 18 cara trị giá tới 500 ngàn USD của Caviar

tinybook tinybook 3 tháng 3 tuần
Phát thèm với phiên bản PlayStation 5 mạ vàng 18 cara trị giá tới 500 ngàn USD của Caviar
Để sở hữu phiên bản PlayStation 5 mạ hoàn toàn bằng vàng 18 cara này, người dùng sẽ phải bỏ ra số tiền lên tới gần 500 ngàn USD (khoảng 11,5 tỷ đồng).
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat