Khánh Phạm
Writer
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Phục Đán cho biết họ đã chế tạo thành công một loại chip mới kết hợp vật liệu hai chiều với công nghệ silicon truyền thống, đánh dấu bước tiến được xem là mở đường cho thế hệ chip siêu mỏng trong tương lai.
Bài báo công bố trên tạp chí Nature ngày 8/10 mô tả “chip flash hai chiều đầy đủ tính năng” được tạo ra nhờ tích hợp hệ thống giữa bộ nhớ hai chiều và mạch CMOS. Đây là lần đầu tiên một chip hoàn chỉnh dựa trên kiến trúc lai như vậy được chế tạo thành công trong phòng thí nghiệm.
Các nhà nghiên cứu cho biết kết quả này giúp vượt qua rào cản lớn trong việc ứng dụng vật liệu bán dẫn hai chiều, vốn chỉ dày vài lớp nguyên tử – vào sản xuất chip. Loại vật liệu siêu mỏng này từ lâu được xem là một hướng đi đầy hứa hẹn trong bối cảnh Định luật Moore dần chạm giới hạn vật lý, nhưng việc tích hợp chúng với công nghệ sản xuất chip hiện nay vẫn là thách thức.
Theo nhóm Phục Đán, nghiên cứu mới là bước tiếp nối sau nguyên mẫu bộ nhớ hai chiều mang tên “Dawn” được giới thiệu trên Nature hồi tháng 4. Nguyên mẫu đó từng đạt tốc độ lưu trữ 400 pico giây, nhanh hơn bất kỳ công nghệ lưu trữ điện tích nào từng được biết đến.
“Thời đại trí tuệ nhân tạo đòi hỏi dung lượng lưu trữ khổng lồ cùng tốc độ truy cập dữ liệu cực cao. Các công nghệ bộ nhớ hiện tại không còn đáp ứng được yêu cầu này,” nhà nghiên cứu Lưu Xuân Sâm nói. Ông cho rằng nghiên cứu mới không chỉ chứng minh tính khả thi của bộ nhớ hai chiều mà còn đặt nền móng cho quá trình công nghiệp hóa trong tương lai.
Tuy nhiên, con đường từ phòng thí nghiệm đến sản xuất hàng loạt vẫn còn dài. Trong lịch sử, bóng bán dẫn, nền tảng của công nghệ chip, cũng phải mất hơn hai thập kỷ nghiên cứu trước khi xuất hiện trong sản phẩm thương mại đầu tiên. Nhóm nghiên cứu thừa nhận thách thức lớn nhất nằm ở khả năng mở rộng quy trình và độ bền của vật liệu hai chiều khi đưa vào dây chuyền sản xuất.
Để rút ngắn quá trình này, nhóm đã phát triển một khung tích hợp gọi là “Thiết bị nguyên tử đến chip”, cho phép kết nối trực tiếp mạch bộ nhớ hai chiều với mạch CMOS hoàn thiện. Hệ thống được chế tạo bằng phương pháp mô-đun, trong đó các mạch được ghép nối bằng lỗ xuyên micromet mật độ cao.
“Bằng cách tích hợp công nghệ hai chiều vào quy trình CMOS hiện có, thời gian chuyển giao công nghệ có thể rút ngắn từ hàng chục năm xuống chỉ còn vài năm,” nhà nghiên cứu Lưu Chunsen cho biết. Ông nói thêm rằng mục tiêu hiện nay là đạt năng lực sản xuất chip thử nghiệm ở mức megabyte trong vòng ba đến năm năm tới.
Giáo sư Chu Bằng, đồng tác giả công trình, tin rằng bộ nhớ sẽ là lĩnh vực đầu tiên có thể thương mại hóa công nghệ hai chiều vì yêu cầu kỹ thuật của nó tương thích với quy trình sản xuất hiện tại. Nếu thành công, công nghệ này có thể mở ra hướng phát triển mới cho ngành bán dẫn, vốn đang tìm kiếm giải pháp vượt giới hạn vật lý của silicon truyền thống.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Bộ Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, Bộ Giáo dục, Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia, Ủy ban Khoa học và Công nghệ Thượng Hải cùng Giải thưởng Khám phá Khoa học.
Nhóm cho biết bước tiếp theo là hợp tác với doanh nghiệp để thử nghiệm sản xuất và xây dựng các dự án kỹ thuật độc lập. Dù vẫn còn cách xa quy mô thương mại, công trình này được xem là cột mốc quan trọng trong hành trình kết nối nghiên cứu vật liệu hai chiều với ngành công nghiệp chip toàn cầu.
Bài báo công bố trên tạp chí Nature ngày 8/10 mô tả “chip flash hai chiều đầy đủ tính năng” được tạo ra nhờ tích hợp hệ thống giữa bộ nhớ hai chiều và mạch CMOS. Đây là lần đầu tiên một chip hoàn chỉnh dựa trên kiến trúc lai như vậy được chế tạo thành công trong phòng thí nghiệm.
Các nhà nghiên cứu cho biết kết quả này giúp vượt qua rào cản lớn trong việc ứng dụng vật liệu bán dẫn hai chiều, vốn chỉ dày vài lớp nguyên tử – vào sản xuất chip. Loại vật liệu siêu mỏng này từ lâu được xem là một hướng đi đầy hứa hẹn trong bối cảnh Định luật Moore dần chạm giới hạn vật lý, nhưng việc tích hợp chúng với công nghệ sản xuất chip hiện nay vẫn là thách thức.
Theo nhóm Phục Đán, nghiên cứu mới là bước tiếp nối sau nguyên mẫu bộ nhớ hai chiều mang tên “Dawn” được giới thiệu trên Nature hồi tháng 4. Nguyên mẫu đó từng đạt tốc độ lưu trữ 400 pico giây, nhanh hơn bất kỳ công nghệ lưu trữ điện tích nào từng được biết đến.
“Thời đại trí tuệ nhân tạo đòi hỏi dung lượng lưu trữ khổng lồ cùng tốc độ truy cập dữ liệu cực cao. Các công nghệ bộ nhớ hiện tại không còn đáp ứng được yêu cầu này,” nhà nghiên cứu Lưu Xuân Sâm nói. Ông cho rằng nghiên cứu mới không chỉ chứng minh tính khả thi của bộ nhớ hai chiều mà còn đặt nền móng cho quá trình công nghiệp hóa trong tương lai.
Tuy nhiên, con đường từ phòng thí nghiệm đến sản xuất hàng loạt vẫn còn dài. Trong lịch sử, bóng bán dẫn, nền tảng của công nghệ chip, cũng phải mất hơn hai thập kỷ nghiên cứu trước khi xuất hiện trong sản phẩm thương mại đầu tiên. Nhóm nghiên cứu thừa nhận thách thức lớn nhất nằm ở khả năng mở rộng quy trình và độ bền của vật liệu hai chiều khi đưa vào dây chuyền sản xuất.
Để rút ngắn quá trình này, nhóm đã phát triển một khung tích hợp gọi là “Thiết bị nguyên tử đến chip”, cho phép kết nối trực tiếp mạch bộ nhớ hai chiều với mạch CMOS hoàn thiện. Hệ thống được chế tạo bằng phương pháp mô-đun, trong đó các mạch được ghép nối bằng lỗ xuyên micromet mật độ cao.
“Bằng cách tích hợp công nghệ hai chiều vào quy trình CMOS hiện có, thời gian chuyển giao công nghệ có thể rút ngắn từ hàng chục năm xuống chỉ còn vài năm,” nhà nghiên cứu Lưu Chunsen cho biết. Ông nói thêm rằng mục tiêu hiện nay là đạt năng lực sản xuất chip thử nghiệm ở mức megabyte trong vòng ba đến năm năm tới.
Giáo sư Chu Bằng, đồng tác giả công trình, tin rằng bộ nhớ sẽ là lĩnh vực đầu tiên có thể thương mại hóa công nghệ hai chiều vì yêu cầu kỹ thuật của nó tương thích với quy trình sản xuất hiện tại. Nếu thành công, công nghệ này có thể mở ra hướng phát triển mới cho ngành bán dẫn, vốn đang tìm kiếm giải pháp vượt giới hạn vật lý của silicon truyền thống.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Bộ Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, Bộ Giáo dục, Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia, Ủy ban Khoa học và Công nghệ Thượng Hải cùng Giải thưởng Khám phá Khoa học.
Nhóm cho biết bước tiếp theo là hợp tác với doanh nghiệp để thử nghiệm sản xuất và xây dựng các dự án kỹ thuật độc lập. Dù vẫn còn cách xa quy mô thương mại, công trình này được xem là cột mốc quan trọng trong hành trình kết nối nghiên cứu vật liệu hai chiều với ngành công nghiệp chip toàn cầu.
