IBM công bố chip 0,7 nm đầu tiên thế giới: Mở ra kỷ nguyên bán dẫn dưới 1 nanomet
IBM vừa tạo nên một cột mốc mới trong ngành công nghiệp bán dẫn khi giới thiệu chip 0,7 nm, đồng thời là công nghệ chip đầu tiên trên thế giới có kích thước dưới 1 nanomet.
Với kiến trúc transistor hoàn toàn mới mang tên Nanostack, con chip 0,7 nm hứa hẹn mang lại hiệu năng cao hơn tới 50% hoặc tiết kiệm năng lượng hơn 70% so với thế hệ chip 2 nm, mở ra nền tảng cho AI, điện toán đám mây và các thiết bị điện tử tương lai.
Chip 0,7 nm với gần 100 tỉ transistor: IBM vượt qua giới hạn vật lí của bán dẫn
Trong nhiều thập kỷ, ngành bán dẫn phát triển dựa trên quy luật thu nhỏ transistor để tăng hiệu năng và giảm điện năng tiêu thụ. Tuy nhiên, khi kích thước linh kiện tiến sát quy mô nguyên tử, việc tiếp tục thu nhỏ trở thành thách thức rất lớn về cả kỹ thuật lẫn vật liệu.
IBM cho biết họ đã đạt được bước đột phá quan trọng khi phát triển thành công công nghệ chip 0,7 nanomet, tương đương 7 angstrom, trở thành doanh nghiệp đầu tiên trên thế giới giới thiệu công nghệ bán dẫn dưới ngưỡng 1 nanomet.
Con chip mới tích hợp gần 100 tỉ transistor trên diện tích chỉ bằng một chiếc móng tay, gần gấp đôi mật độ transistor của chip 2 nm mà IBM từng công bố vào năm 2021.
Theo kết quả thử nghiệm, công nghệ mới có thể mang lại hiệu năng cao hơn tới 50% hoặc tiết kiệm khoảng 70% điện năng so với thế hệ chip 2 nm. Điều này đồng nghĩa các trung tâm dữ liệu AI, hệ thống điện toán đám mây và các thiết bị điện tử trong tương lai có thể xử lí nhiều tác vụ hơn với mức tiêu thụ điện thấp hơn đáng kể.
Jay Gambetta, Giám đốc IBM Research và là IBM Fellow, cho biết bước tiến lần này không đơn thuần là việc tiếp tục thu nhỏ transistor.
Theo ông, IBM đã thay đổi hoàn toàn cách thiết kế chip bằng một kiến trúc mới, cho phép ngành bán dẫn bước sang giai đoạn phát triển ở cấp độ angstrom, nơi kích thước các linh kiện tiến sát kích thước của từng nguyên tử.
Dù tên gọi "0,7 nm" không còn phản ánh chính xác kích thước vật lí của transistor như trước đây mà chủ yếu đại diện cho một thế hệ công nghệ, IBM khẳng định thành tựu này chứng minh quá trình thu nhỏ chip vẫn chưa đi đến giới hạn cuối cùng.
Đây được xem là tín hiệu quan trọng đối với toàn ngành bán dẫn, vốn nhiều năm qua liên tục đối mặt với lo ngại rằng Định luật Moore sẽ sớm chạm ngưỡng vật lí.
Kiến trúc Nanostack mở đường cho AI và thế hệ chip tương lai
Yếu tố cốt lõi tạo nên bước đột phá của IBM nằm ở kiến trúc transistor hoàn toàn mới mang tên Nanostack. Khác với công nghệ nanosheet hiện nay, vốn cũng do IBM tiên phong phát triển và đang được nhiều hãng bán dẫn sử dụng, Nanostack xây dựng các lớp transistor theo cấu trúc ba chiều.
Thay vì chỉ mở rộng theo mặt phẳng như các thế hệ chip trước, các transistor được xếp chồng lên nhau theo chiều dọc và bố trí lệch tầng. Cách tiếp cận này giúp tăng đáng kể mật độ transistor mà không cần mở rộng diện tích bề mặt con chip.
Một ưu điểm khác của Nanostack là cho phép sử dụng các loại vật liệu khác nhau ở từng lớp transistor. Điều này giúp mỗi lớp được tối ưu riêng về hiệu suất hoặc khả năng tiết kiệm điện, thay vì toàn bộ chip phải sử dụng cùng một loại vật liệu như thiết kế truyền thống.
IBM cho biết các thử nghiệm đã chứng minh kiến trúc mới có thể vận hành ổn định trong các mạch CMOS thực tế và thực hiện các phép tính như kỳ vọng.
Song song đó, tại hội nghị VLSI 2026, các nhà nghiên cứu của IBM cũng công bố Nanostack giúp thu nhỏ bộ nhớ SRAM thêm khoảng 40%, qua đó mở đường cho việc phát triển các bộ xử lí có băng thông cao hơn nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của các mô hình trí tuệ nhân tạo.
Theo IBM, kiến trúc mới có thể kéo dài lộ trình phát triển bán dẫn thêm ít nhất một thập kỷ nữa, ngay cả khi kích thước transistor tiến sát giới hạn nguyên tử.
Đằng sau thành tựu này là hệ sinh thái nghiên cứu bán dẫn quy mô lớn tại Albany, bang New York, nơi IBM hợp tác cùng nhiều doanh nghiệp hàng đầu như ASML, Lam Research, Tokyo Electron và SCREEN Semiconductor Solutions.
Đây cũng sẽ là một trong những trung tâm đầu tiên trên thế giới được trang bị hệ thống quang khắc High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet (High NA EUV) của ASML, công nghệ được đánh giá là chìa khóa để sản xuất các thế hệ chip siêu nhỏ trong tương lai.
Song song với bán dẫn truyền thống, IBM cũng đang mở rộng sang lĩnh vực điện toán lượng tử. Công ty mới đây công bố kế hoạch thành lập Anderon, nhà máy đúc chip lượng tử chuyên biệt đầu tiên trên thế giới, nhằm tăng cường năng lực sản xuất wafer lượng tử tại Mỹ.
Theo lộ trình hiện nay, IBM kỳ vọng công nghệ Nanostack có thể được thương mại hóa trong vòng khoảng 5 năm tới. Nếu thành công, đây sẽ là nền tảng cho thế hệ bộ xử lí mới phục vụ AI tạo sinh, siêu máy tính, trung tâm dữ liệu, thiết bị di động và nhiều ứng dụng điện tử hiệu năng cao. Trong bối cảnh nhu cầu tính toán của trí tuệ nhân tạo tăng theo cấp số nhân, bước tiến của IBM được xem là tín hiệu cho thấy cuộc đua bán dẫn vẫn còn rất nhiều dư địa đổi mới, ngay cả khi ngành công nghiệp đang tiến đến giới hạn vật lí của vật liệu silicon.
