Yu Ki San
Writer
Đại học Bắc Kinh công bố phát triển thành công loại chip hoàn toàn mới sử dụng vật liệu bismuth, hứa hẹn thay đổi ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu và giảm sự phụ thuộc vào công nghệ Mỹ, trong bối cảnh các lệnh trừng phạt ngày càng gia tăng.
Bước đột phá thách thức giới hạn của silicon
Trung Quốc đang đứng trước một bước đột phá công nghệ có khả năng thay đổi cục diện ngành công nghiệp chip toàn cầu và giảm đáng kể sự phụ thuộc vào công nghệ chip từ Hoa Kỳ. Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh đã công bố việc phát triển thành công một loại chip mang tính cách mạng, được cho là mạnh hơn tới 40% và tiết kiệm năng lượng hơn so với các bộ vi xử lý tiên tiến nhất dựa trên silicon hiện nay, và đặc biệt là không cần sử dụng đến silicon.
Nỗ lực này diễn ra trong bối cảnh các lệnh trừng phạt của Mỹ nhằm hạn chế khả năng tiếp cận công nghệ chip tiên tiến của Trung Quốc dường như không hoàn toàn đạt được mục tiêu mong muốn. Tình hình này có nét tương đồng với việc lệnh cấm sử dụng hệ điều hành Android của Google đã thúc đẩy sự ra đời và phát triển của HarmonyOS, hệ điều hành tự phát triển của Huawei. Giờ đây, Trung Quốc không chỉ đẩy mạnh tự chủ phát triển chip mà còn có những bước tiến vượt bậc.
Thậm chí, có thông tin cho rằng Trung Quốc còn có kế hoạch cấm sử dụng bộ vi xử lý của Intel và AMD trong các máy tính và máy chủ của chính phủ, đồng thời nỗ lực tự sản xuất các dòng chip hiệu năng cao cho lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI) để cạnh tranh trực tiếp với những tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới như Nvidia.
Kiến trúc bóng bán dẫn 2D và vật liệu mới thay thế silicon
Với bước tiến mới này, Trung Quốc không chỉ giải quyết bài toán phụ thuộc công nghệ mà còn có tiềm năng cách mạng hóa toàn bộ ngành công nghiệp máy tính bằng một công nghệ xử lý hoàn toàn mới. Lần đầu tiên, một kiến trúc bóng bán dẫn hai chiều (2D) với con chip hoàn toàn không có silicon đã được các nhà khoa học tại Đại học Bắc Kinh phát triển thành công.
Theo nhóm phát triển, con chip mới này có tiềm năng trở thành một trong những con chip mạnh mẽ, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng nhất thế giới. Trong khi các con chip silicon truyền thống đang dần chạm đến giới hạn vật lý ở kích thước khoảng vài nanomet, công nghệ bóng bán dẫn hai chiều của Trung Quốc được cho là đã vượt qua những rào cản cố hữu này.
Điểm đặc biệt cốt lõi của con chip này là việc sử dụng các vật liệu mới để thay thế hoàn toàn cho silicon. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sử dụng bismuth oxyselenide (Bi₂O₂Se) cho kênh dẫn (channel) và bismuth selenite oxide (Bi₂SeO₅) cho cổng cực (gate). Những vật liệu này tạo thành các chất bán dẫn hai chiều (2D) – tức là các tấm vật liệu siêu mỏng ở cấp độ nguyên tử, sở hữu những đặc tính điện tử vượt trội.
Ưu điểm vượt trội của vật liệu bismuth:
Từ phòng thí nghiệm đến tiềm năng sản xuất hàng loạt
Mặc dù đây mới chỉ là một thành tựu ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc tích hợp con chip mới này vào các thiết bị nguyên mẫu, chứng minh khả năng tương thích của nó với các mạch điện tử hiện có. Điều này mở ra một triển vọng vô cùng lớn cho việc sản xuất hàng loạt trong tương lai. Các nhà nghiên cứu đang rất lạc quan và tích cực nghiên cứu các quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Dù việc thương mại hóa công nghệ chip không silicon này có thể cần vài năm nữa mới trở thành hiện thực, sự đổi mới này cho thấy nỗ lực mạnh mẽ và những bước tiến đáng kể của Trung Quốc trong mục tiêu giảm phụ thuộc vào công nghệ chip của Mỹ. Quan trọng hơn, nó có khả năng vượt qua những giới hạn vật lý của công nghệ silicon truyền thống, mở ra một chương mới đầy hứa hẹn cho lịch sử phát triển của ngành điện toán toàn cầu.
Bước đột phá thách thức giới hạn của silicon
Trung Quốc đang đứng trước một bước đột phá công nghệ có khả năng thay đổi cục diện ngành công nghiệp chip toàn cầu và giảm đáng kể sự phụ thuộc vào công nghệ chip từ Hoa Kỳ. Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh đã công bố việc phát triển thành công một loại chip mang tính cách mạng, được cho là mạnh hơn tới 40% và tiết kiệm năng lượng hơn so với các bộ vi xử lý tiên tiến nhất dựa trên silicon hiện nay, và đặc biệt là không cần sử dụng đến silicon.
Nỗ lực này diễn ra trong bối cảnh các lệnh trừng phạt của Mỹ nhằm hạn chế khả năng tiếp cận công nghệ chip tiên tiến của Trung Quốc dường như không hoàn toàn đạt được mục tiêu mong muốn. Tình hình này có nét tương đồng với việc lệnh cấm sử dụng hệ điều hành Android của Google đã thúc đẩy sự ra đời và phát triển của HarmonyOS, hệ điều hành tự phát triển của Huawei. Giờ đây, Trung Quốc không chỉ đẩy mạnh tự chủ phát triển chip mà còn có những bước tiến vượt bậc.
Thậm chí, có thông tin cho rằng Trung Quốc còn có kế hoạch cấm sử dụng bộ vi xử lý của Intel và AMD trong các máy tính và máy chủ của chính phủ, đồng thời nỗ lực tự sản xuất các dòng chip hiệu năng cao cho lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI) để cạnh tranh trực tiếp với những tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới như Nvidia.
Kiến trúc bóng bán dẫn 2D và vật liệu mới thay thế silicon
Với bước tiến mới này, Trung Quốc không chỉ giải quyết bài toán phụ thuộc công nghệ mà còn có tiềm năng cách mạng hóa toàn bộ ngành công nghiệp máy tính bằng một công nghệ xử lý hoàn toàn mới. Lần đầu tiên, một kiến trúc bóng bán dẫn hai chiều (2D) với con chip hoàn toàn không có silicon đã được các nhà khoa học tại Đại học Bắc Kinh phát triển thành công.
Theo nhóm phát triển, con chip mới này có tiềm năng trở thành một trong những con chip mạnh mẽ, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng nhất thế giới. Trong khi các con chip silicon truyền thống đang dần chạm đến giới hạn vật lý ở kích thước khoảng vài nanomet, công nghệ bóng bán dẫn hai chiều của Trung Quốc được cho là đã vượt qua những rào cản cố hữu này.
Điểm đặc biệt cốt lõi của con chip này là việc sử dụng các vật liệu mới để thay thế hoàn toàn cho silicon. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sử dụng bismuth oxyselenide (Bi₂O₂Se) cho kênh dẫn (channel) và bismuth selenite oxide (Bi₂SeO₅) cho cổng cực (gate). Những vật liệu này tạo thành các chất bán dẫn hai chiều (2D) – tức là các tấm vật liệu siêu mỏng ở cấp độ nguyên tử, sở hữu những đặc tính điện tử vượt trội.
Ưu điểm vượt trội của vật liệu bismuth:
- Bismuth oxyselenide (Bi₂O₂Se): Vật liệu này sở hữu tốc độ vận chuyển electron (electron mobility) rất cao, ngay cả khi không cần phải làm mỏng đến mức cực hạn như silicon. Đồng thời, nó có khả năng duy trì và kiểm soát năng lượng của các điện tích hiệu quả hơn.
- Việc chuyển đổi trạng thái bật/tắt của bóng bán dẫn diễn ra nhanh hơn, giúp giảm nguy cơ quá nhiệt và tối thiểu hóa tổn thất năng lượng trong quá trình hoạt động. Một nhà nghiên cứu trong nhóm ví von rằng các electron di chuyển trong vật liệu này gần như không gặp điện trở, "giống như nước chảy qua một đường ống trơn tru vậy".
- Giao diện giữa hai loại vật liệu bismuth này cũng mịn hơn đáng kể so với giao diện silicon-dielectric truyền thống, giúp giảm thiểu các khiếm khuyết và nhiễu điện, từ đó tăng cường hiệu suất và độ ổn định của chip.
- Về mặt kiến trúc, bóng bán dẫn mới này sử dụng cấu trúc hiệu ứng trường cổng bao quanh (Gate-All-Around Field-Effect Transistor - GAAFET). Công nghệ GAAFET không hoàn toàn mới và đã được các hãng như Samsung ứng dụng cho chip silicon dưới 5 nanomet. Tuy nhiên, điểm khác biệt trong thiết kế của Đại học Bắc Kinh là các kênh dẫn được định vị theo chiều ngang, thay vì cấu trúc kênh FinFET truyền thống theo chiều dọc.
Từ phòng thí nghiệm đến tiềm năng sản xuất hàng loạt
Mặc dù đây mới chỉ là một thành tựu ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc tích hợp con chip mới này vào các thiết bị nguyên mẫu, chứng minh khả năng tương thích của nó với các mạch điện tử hiện có. Điều này mở ra một triển vọng vô cùng lớn cho việc sản xuất hàng loạt trong tương lai. Các nhà nghiên cứu đang rất lạc quan và tích cực nghiên cứu các quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Dù việc thương mại hóa công nghệ chip không silicon này có thể cần vài năm nữa mới trở thành hiện thực, sự đổi mới này cho thấy nỗ lực mạnh mẽ và những bước tiến đáng kể của Trung Quốc trong mục tiêu giảm phụ thuộc vào công nghệ chip của Mỹ. Quan trọng hơn, nó có khả năng vượt qua những giới hạn vật lý của công nghệ silicon truyền thống, mở ra một chương mới đầy hứa hẹn cho lịch sử phát triển của ngành điện toán toàn cầu.
