TSMC vén màn chip 2nm: Cuộc cách mạng công nghệ mới sắp bắt đầu?

[Mai Nhung]

Gã khổng lồ sản xuất bán dẫn Đài Loan, TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), vừa chính thức vén màn công nghệ chip 2 nanomet (2nm) tiên tiến nhất của mình, một bước tiến mà công ty khẳng định sẽ "tái định hình bối cảnh công nghệ thế giới". Với kế hoạch đưa vào sản xuất hàng loạt trong nửa cuối năm nay, TSMC cam kết quy trình 2nm sẽ mang lại những cải tiến đột phá về hiệu suất và hiệu quả năng lượng.

Những điểm chính

• TSMC chính thức giới thiệu công nghệ sản xuất chip 2nm tiên tiến nhất.
• Chip 2nm hứa hẹn tăng tốc 10-15% hoặc giảm 20-30% điện năng tiêu thụ so với chip 3nm.
• Kế hoạch sản xuất hàng loạt dự kiến bắt đầu vào nửa cuối năm 2025.
• Công nghệ này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi, từ điện thoại thông minh, AI, trung tâm dữ liệu đến xe tự hành.
• Quá trình sản xuất đối mặt với thách thức lớn về kỹ thuật (EUV), chi phí, quản lý nhiệt và địa điểm sản xuất.

Vi mạch, hay chip, là trái tim của hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại, từ những vật dụng đơn giản như bàn chải đánh răng điện đến các cỗ máy phức tạp như điện thoại thông minh, máy tính xách tay và trung tâm dữ liệu. Chúng được tạo ra bằng cách khắc các mạch vi mô chứa hàng tỷ bóng bán dẫn (transistor) lên vật liệu nền, chủ yếu là silicon. Bóng bán dẫn hoạt động như những công tắc siêu nhỏ điều khiển dòng điện, quyết định tốc độ và sức mạnh xử lý của thiết bị. Cuộc đua trong ngành công nghiệp này luôn là làm sao tích hợp nhiều bóng bán dẫn hơn vào một diện tích nhỏ hơn, tạo ra công nghệ nhanh hơn, mạnh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

So với quy trình 3nm tiên tiến trước đó, công nghệ 2nm của TSMC mang lại những lợi ích ấn tượng:

• Tăng tốc độ tính toán từ 10% đến 15% ở cùng mức tiêu thụ điện năng.
• Hoặc giảm mức sử dụng điện năng từ 20% đến 30% khi hoạt động ở cùng tốc độ.
• Mật độ bóng bán dẫn tăng khoảng 15%, cho phép tích hợp nhiều sức mạnh xử lý hơn trên cùng một kích thước chip.

Những cải tiến này hứa hẹn sẽ tạo ra một thế hệ thiết bị mới hoạt động nhanh hơn, thời lượng pin dài hơn và có khả năng xử lý các tác vụ phức tạp, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo (AI), một cách hiệu quả hơn. Các ứng dụng như trợ lý giọng nói, dịch thuật thời gian thực, hệ thống tự động và điện toán hiệu năng cao (HPC) đều sẽ được hưởng lợi lớn. Ngay cả các trung tâm dữ liệu khổng lồ cũng có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững. Hơn nữa, các lĩnh vực đòi hỏi tốc độ xử lý và độ tin cậy cao như xe tự hành và robot cũng được kỳ vọng sẽ an toàn và thực tiễn hơn nhờ chip 2nm.

TSMC, thành lập năm 1987, hiện là nhà sản xuất chip theo hợp đồng lớn nhất thế giới, chiếm tới 60% thị phần "đúc" toàn cầu. Công ty là đối tác sản xuất chip siêu tiên tiến cho hàng loạt tên tuổi lớn như Apple (bộ xử lý A-series, M-series), Nvidia (GPU), AMD (Ryzen, EPYC) và Qualcomm (Snapdragon dùng trong điện thoại Samsung, Xiaomi, Google...). Việc TSMC chuyển sang 2nm, sau các cột mốc 5nm (năm 2020) và 3nm (năm 2022), chắc chắn sẽ có tác động sâu rộng đến toàn ngành.

Tuy nhiên, con đường đến với chip 2nm không hề dễ dàng. Thách thức lớn nhất nằm ở sự phức tạp và chi phí sản xuất. Quy trình này đòi hỏi các kỹ thuật cực kỳ tiên tiến như quang khắc cực tím (EUV), vốn rất tốn kém và yêu cầu độ chính xác gần như tuyệt đối. Bên cạnh đó, việc quản lý nhiệt lượng cũng trở nên khó khăn hơn khi mật độ bóng bán dẫn tăng cao, dù hiệu quả năng lượng tổng thể được cải thiện. Nhiệt độ quá cao có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của chip. Cuối cùng, ở quy mô siêu nhỏ này, các vật liệu truyền thống như silicon có thể đạt đến giới hạn vật lý, đòi hỏi nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu mới.

Một yếu tố khác là địa điểm sản xuất. Dù TSMC gần đây đã đạt thỏa thuận trị giá 100 tỷ USD để xây dựng 5 nhà máy mới tại Mỹ, vẫn chưa có gì chắc chắn liệu chip 2nm có thể được sản xuất bên ngoài Đài Loan hay không. Một số lo ngại về an ninh quốc gia có thể khiến công nghệ tiên tiến nhất này vẫn được giữ lại tại hòn đảo.

Dù còn nhiều thách thức, tiềm năng của chip 2nm là không thể phủ nhận. Sức mạnh tính toán vượt trội, hiệu quả năng lượng cao và khả năng thu nhỏ hơn nữa có thể thực sự mở ra một kỷ nguyên mới cho cả thiết bị tiêu dùng và các ứng dụng công nghiệp, tạo ra những sản phẩm không chỉ mạnh mẽ mà còn nhỏ gọn và thân thiện hơn với môi trường.