Hail the Judge
Ta chơi xong không trả tiền, vậy đâu có gọi là bán
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh dẫn đầu bởi Giáo sư Peng Hailin và Qiu Chenguang vừa công bố một phát minh mang tính bước ngoặt: transistor GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistor) hai chiều (2D) tiết kiệm năng lượng đầu tiên trên thế giới. Kết quả được đăng trên tạp chí Nature, một trong những ấn phẩm khoa học uy tín nhất, được một số thành viên nhóm mô tả là “không gì khác ngoài một đột phá vĩ đại”. Thiết bị này được chế tạo dưới dạng “cấu hình GAA 2D đơn tinh thể xếp chồng đa lớp quy mô wafer” không chỉ đánh dấu bước tiến mới trong công nghệ bán dẫn, mà còn mở ra con đường tiềm năng để Trung Quốc vượt qua các hạn chế từ lệnh cấm vận công nghệ của Mỹ.
Để hiểu rõ phát minh này, trước tiên cần nắm bắt khái niệm GAAFET. Transistor GAAFET là thế hệ tiếp theo của công nghệ transistor, phát triển từ MOSFET và FINFET – hai thiết kế đã thống trị ngành bán dẫn hàng thập kỷ qua. Sự tiến bộ trong transistor chủ yếu dựa vào khả năng kiểm soát tốt hơn mối quan hệ giữa nguồn (source) và cổng (gate). MOSFET chỉ có cổng tiếp xúc nguồn trên một mặt phẳng, trong khi FINFET mở rộng lên ba mặt phẳng, cải thiện hiệu suất ở các tiến trình nhỏ hơn. GAAFET bao quanh hoàn toàn nguồn bằng cổng, tối ưu hóa kiểm soát dòng điện và giảm rò rỉ – điều cực kỳ cần thiết khi chế tạo chip ở quy mô 3nm trở xuống.
Điểm nổi bật của nhóm Đại học Bắc Kinh không nằm ở khái niệm GAAFET – vốn đã được các hãng như Samsung, Intel hay TSMC ứng dụng – mà ở việc sử dụng vật liệu hai chiều (2D) thay vì silicon truyền thống. Họ đã chọn Bi₂O₂Se (bismuth oxyselenide), một chất bán dẫn 2D đã được nghiên cứu nhiều năm nhờ khả năng duy trì tính linh hoạt và độ bền ở quy mô nhỏ hơn 1nm. Không giống silicon vốn gặp vấn đề giảm độ linh động của hạt dẫn (carrier mobility) khi xuống dưới 10nm, Bi₂O₂Se cho phép tạo ra các transistor mỏng hơn, hiệu quả hơn, mở đường cho kỷ nguyên Angstrom (dưới 1nm) của ngành bán dẫn.
Giáo sư Peng Hailin khẳng định: “Đây là transistor nhanh nhất và hiệu quả nhất từ trước đến nay.” Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị này so với các sản phẩm từ Intel, TSMC, Samsung và các hãng khác dưới điều kiện hoạt động tương đương. Kết quả cho thấy nó vượt trội về cả tốc độ lẫn hiệu suất năng lượng. Cụ thể, transistor 2D GAAFET của họ nhanh hơn 40% và tiêu thụ ít hơn 10% năng lượng so với chip silicon 3nm tiên tiến nhất hiện nay. Peng ví von: “Nếu đổi mới dựa trên vật liệu hiện có là ‘đường tắt’, thì việc phát triển transistor 2D của chúng tôi giống như ‘đổi làn đường’,” nhấn mạnh sự thay đổi mang tính cách mạng trong cách tiếp cận.
Đột phá này đặc biệt quan trọng với Trung Quốc trong bối cảnh cuộc chiến công nghệ Mỹ-Trung. Do các lệnh cấm vận của Mỹ, Trung Quốc bị cắt đứt khỏi công nghệ quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet Lithography) – công cụ cần thiết để sản xuất chip ở các tiến trình nhỏ mà thế giới đã áp dụng gần một thập kỷ. Thay vì chỉ cố gắng bắt kịp, Trung Quốc đầu tư mạnh vào nghiên cứu để “vượt rào”, và X90 của Huawei hay transistor 2D GAAFET này là minh chứng rõ ràng. Việc chuyển từ silicon sang bismuth không chỉ là giải pháp kỹ thuật mà còn là chiến lược dài hạn để cạnh tranh ở đỉnh cao công nghệ bán dẫn.
Transistor 2D GAAFET của Đại học Bắc Kinh không chỉ là thành tựu học thuật. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công các đơn vị logic nhỏ với hiệu suất cao ở điện áp thấp, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, liệu công nghệ này có thể trở thành tương lai của ngành bán dẫn hay không vẫn là câu hỏi mở. Việc mở rộng sản xuất quy mô lớn đòi hỏi vượt qua nhiều rào cản, từ tối ưu hóa quy trình chế tạo đến giảm chi phí – những yếu tố mà silicon đã thống trị nhờ sự trưởng thành qua hàng thập kỷ.
Dù vậy, phát minh này thể hiện tinh thần đổi mới mạnh mẽ từ các nhà khoa học trẻ Trung Quốc. Trong khi Mỹ chuẩn bị siết chặt hơn các lệnh cấm vận gồm cả công nghệ GAAFET, Trung Quốc đang chạy đua với thời gian để tự chủ và dẫn đầu. Nếu thành công, bismuth oxyselenide có thể mở ra kỷ nguyên mới cho chip siêu nhỏ, siêu tiết kiệm năng lượng, đặc biệt trong các lĩnh vực như AI, điện toán biên, hay bộ nhớ mật độ cao.
Để hiểu rõ phát minh này, trước tiên cần nắm bắt khái niệm GAAFET. Transistor GAAFET là thế hệ tiếp theo của công nghệ transistor, phát triển từ MOSFET và FINFET – hai thiết kế đã thống trị ngành bán dẫn hàng thập kỷ qua. Sự tiến bộ trong transistor chủ yếu dựa vào khả năng kiểm soát tốt hơn mối quan hệ giữa nguồn (source) và cổng (gate). MOSFET chỉ có cổng tiếp xúc nguồn trên một mặt phẳng, trong khi FINFET mở rộng lên ba mặt phẳng, cải thiện hiệu suất ở các tiến trình nhỏ hơn. GAAFET bao quanh hoàn toàn nguồn bằng cổng, tối ưu hóa kiểm soát dòng điện và giảm rò rỉ – điều cực kỳ cần thiết khi chế tạo chip ở quy mô 3nm trở xuống.
Điểm nổi bật của nhóm Đại học Bắc Kinh không nằm ở khái niệm GAAFET – vốn đã được các hãng như Samsung, Intel hay TSMC ứng dụng – mà ở việc sử dụng vật liệu hai chiều (2D) thay vì silicon truyền thống. Họ đã chọn Bi₂O₂Se (bismuth oxyselenide), một chất bán dẫn 2D đã được nghiên cứu nhiều năm nhờ khả năng duy trì tính linh hoạt và độ bền ở quy mô nhỏ hơn 1nm. Không giống silicon vốn gặp vấn đề giảm độ linh động của hạt dẫn (carrier mobility) khi xuống dưới 10nm, Bi₂O₂Se cho phép tạo ra các transistor mỏng hơn, hiệu quả hơn, mở đường cho kỷ nguyên Angstrom (dưới 1nm) của ngành bán dẫn.
Giáo sư Peng Hailin khẳng định: “Đây là transistor nhanh nhất và hiệu quả nhất từ trước đến nay.” Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị này so với các sản phẩm từ Intel, TSMC, Samsung và các hãng khác dưới điều kiện hoạt động tương đương. Kết quả cho thấy nó vượt trội về cả tốc độ lẫn hiệu suất năng lượng. Cụ thể, transistor 2D GAAFET của họ nhanh hơn 40% và tiêu thụ ít hơn 10% năng lượng so với chip silicon 3nm tiên tiến nhất hiện nay. Peng ví von: “Nếu đổi mới dựa trên vật liệu hiện có là ‘đường tắt’, thì việc phát triển transistor 2D của chúng tôi giống như ‘đổi làn đường’,” nhấn mạnh sự thay đổi mang tính cách mạng trong cách tiếp cận.
Đột phá này đặc biệt quan trọng với Trung Quốc trong bối cảnh cuộc chiến công nghệ Mỹ-Trung. Do các lệnh cấm vận của Mỹ, Trung Quốc bị cắt đứt khỏi công nghệ quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet Lithography) – công cụ cần thiết để sản xuất chip ở các tiến trình nhỏ mà thế giới đã áp dụng gần một thập kỷ. Thay vì chỉ cố gắng bắt kịp, Trung Quốc đầu tư mạnh vào nghiên cứu để “vượt rào”, và X90 của Huawei hay transistor 2D GAAFET này là minh chứng rõ ràng. Việc chuyển từ silicon sang bismuth không chỉ là giải pháp kỹ thuật mà còn là chiến lược dài hạn để cạnh tranh ở đỉnh cao công nghệ bán dẫn.
Transistor 2D GAAFET của Đại học Bắc Kinh không chỉ là thành tựu học thuật. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công các đơn vị logic nhỏ với hiệu suất cao ở điện áp thấp, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, liệu công nghệ này có thể trở thành tương lai của ngành bán dẫn hay không vẫn là câu hỏi mở. Việc mở rộng sản xuất quy mô lớn đòi hỏi vượt qua nhiều rào cản, từ tối ưu hóa quy trình chế tạo đến giảm chi phí – những yếu tố mà silicon đã thống trị nhờ sự trưởng thành qua hàng thập kỷ.
Dù vậy, phát minh này thể hiện tinh thần đổi mới mạnh mẽ từ các nhà khoa học trẻ Trung Quốc. Trong khi Mỹ chuẩn bị siết chặt hơn các lệnh cấm vận gồm cả công nghệ GAAFET, Trung Quốc đang chạy đua với thời gian để tự chủ và dẫn đầu. Nếu thành công, bismuth oxyselenide có thể mở ra kỷ nguyên mới cho chip siêu nhỏ, siêu tiết kiệm năng lượng, đặc biệt trong các lĩnh vực như AI, điện toán biên, hay bộ nhớ mật độ cao.
