Huawei tìm cách giải bài toán tản nhiệt cho chip Kirin thế hệ mới
Huawei Technologies cho rằng kiến trúc bán dẫn dựa trên “Định luật tỉ lệ Tau” có thể giúp chip Kirin thế hệ mới vừa tăng mật độ transistor, vừa giảm mức tiêu thụ điện mà không rơi vào “nút thắt nhiệt”.
Đây được xem là một trong những thách thức kĩ thuật lớn nhất đối với tham vọng tiếp tục thu hẹp và nâng hiệu năng chip của hãng Trung Quốc trong bối cảnh bị hạn chế tiếp cận công nghệ sản xuất tiên tiến.
Kiến trúc xếp chồng giúp chip Kirin tăng mật độ, giảm điện năng
Huawei Technologies vừa công bố một nghiên cứu mới nhằm bác bỏ nghi ngờ rằng việc xếp chồng các mạch logic theo chiều dọc sẽ tạo ra một nút thắt nhiệt khó giải quyết. Đây là vấn đề đặc biệt đáng chú ý khi tập đoàn Trung Quốc được cho là đang chuẩn bị đưa kiến trúc mới vào chip smartphone Kirin thế hệ 2026.
Nghiên cứu do Hà Đình Ba, Chủ tịch Ủy ban các nhà khoa học Huawei kiêm Chủ tịch bộ phận kinh doanh bán dẫn của tập đoàn, thực hiện. Bài viết được công bố hôm 4/9 trên ChinaXiv, nền tảng đăng tải các công trình khoa học chưa qua phản biện đồng cấp.
Theo Hà Đình Ba, nhiệt là “mối lo ngại sắc bén nhất” đối với Định luật tỉ lệ Tau (Tau Scaling Law), song các phép đo trên chip Kirin mới cho thấy lập luận về giới hạn nhiệt có thể không còn phù hợp.
Nghiên cứu cho biết chip Kirin 2026 có thể hoạt động mát hơn thế hệ trước, dù mật độ transistor trên mỗi mm² tăng 55%. Trong một số tác vụ quan trọng, mức tiêu thụ điện cũng được cắt giảm tới 66%.
Điểm cốt lõi nằm ở kiến trúc LogicFolding, trong đó các tầng mạch chủ động được xếp chồng theo chiều dọc. Cách tiếp cận này rút ngắn đáng kể khoảng cách vật lí mà tín hiệu dữ liệu phải truyền qua, từ đó giảm năng lượng bị thất thoát trong quá trình xử lí.
Đây là yếu tố quan trọng đối với chip smartphone hiện đại, khi nhiều khối xử lí cùng chia sẻ “ngân sách nhiệt” vốn có giới hạn. Theo Huawei, kiến trúc mới giúp giảm năng lượng tiêu hao tại các đơn vị xử lí thần kinh (NPU), bộ xử lí đồ họa (GPU), bộ xử lí trung tâm (CPU) và bộ xử lí tín hiệu số (DSP).
Đồng thời, mật độ transistor của chip mới được nâng lên đáng kể so với Kirin 9030 Pro ra mắt trước đó. Về lí thuyết, việc tăng số lượng transistor trong cùng một diện tích thường làm mật độ công suất tăng và khiến bài toán tản nhiệt trở nên khó khăn hơn. Huawei vì thế phải giải quyết đồng thời hai mục tiêu tưởng như đối nghịch: tăng năng lực tính toán nhưng không để nhiệt độ tăng theo.
Các nhà phân tích cho rằng kết quả này là tín hiệu tích cực đối với dòng smartphone cao cấp Mate thế hệ tiếp theo của Huawei. Nếu công nghệ được triển khai đúng như nghiên cứu, hãng có thể cải thiện hiệu năng mà không phải đánh đổi quá lớn về thời lượng pin hoặc nhiệt độ thiết bị.
Bài toán nhiệt mở đường cho hệ sinh thái bán dẫn Trung Quốc
Kaiyuan Securities nhận định kiến trúc mới cho phép Huawei cân bằng giữa hiệu năng và tiết kiệm năng lượng. Trong báo cáo gửi khách hàng, các nhà phân tích cho rằng tập đoàn đã xử lí bài toán nhiệt theo hai hướng.
Thứ nhất, Huawei giảm mật độ công suất tại nguồn thông qua kĩ thuật “gấp” các mạch, qua đó hạn chế hình thành những điểm nóng cục bộ. Thứ hai, vấn đề tản nhiệt được tính đến ngay trong quá trình thiết kế bằng cách bố trí những module tiêu thụ nhiều năng lượng tại các vị trí có đường thoát nhiệt thuận lợi nhất.
Cách tiếp cận này nhằm phân bổ nhiệt đồng đều hơn thay vì chỉ tập trung vào việc tăng khả năng tản nhiệt sau khi thiết kế chip hoàn tất.
“Chip mới giảm mức tiêu thụ điện trong khi tăng mật độ transistor, cho phép linh hoạt chuyển đổi giữa các giới hạn chức năng và hiệu năng đỉnh”, các nhà phân tích Kaiyuan Securities nhận định.
Trịnh Lỗi, nhà kinh tế trưởng tại Samoyed Cloud Technology Group, cho rằng phương pháp của Huawei xuất phát từ nhu cầu thực tế khi tập đoàn phải tìm cách đáp ứng những yêu cầu hiệu năng ngày càng cao trong điều kiện hạn chế về công nghệ sản xuất.
Theo ông, phương pháp này vẫn có những giới hạn và cần tiếp tục phát triển, nhưng có cơ sở để kì vọng chip Kirin mới có thể giải quyết vấn đề quá nhiệt thông qua kiến trúc nói trên.
Nghiên cứu mới cũng là công trình thứ ba Huawei công bố kể từ khi giới thiệu Định luật tỉ lệ Tau hồi tháng 5. Về mặt lí thuyết, Huawei cho rằng kiến trúc LogicFolding có thể đưa mật độ transistor lên mức tương đương các quy trình 1,4 nm tiên tiến vào năm 2031, ngay cả khi công ty không thể tiếp cận các máy quang khắc cực tím siêu cao (EUV) tiên tiến do các biện pháp hạn chế của Mỹ.
Trong nghiên cứu thứ hai công bố hồi tháng 7, Huawei cho biết dữ liệu sản xuất mới cho thấy bộ xử lí smartphone sắp ra mắt có thể đạt mức tăng 55% về mật độ transistor so với Kirin 9030 Pro.
Nếu khả năng kiểm soát nhiệt được chứng minh trên các sản phẩm thương mại, tác động của công nghệ này có thể không dừng ở Huawei. Kaiyuan Securities cho rằng tiến bộ trong xử lí nhiệt có thể kéo theo nhu cầu đối với nhiều doanh nghiệp bán dẫn trong nước, từ sản xuất wafer, đóng gói và kiểm thử chip đến thiết bị bán dẫn.
Trương Tân Nguyên, nhà phân tích tại think tank Khoa Đắc Phương ở Bắc Kinh, nhận định nguyên lí mới cũng có thể thúc đẩy nghiên cứu trong các lĩnh vực như vật liệu bán dẫn thế hệ mới và công nghệ tích hợp dị thể 3D.
Với Huawei, ý nghĩa lớn hơn của kiến trúc Tau Scaling Law không chỉ nằm ở một thế hệ chip Kirin. Nếu có thể biến việc xếp chồng mạch logic thành giải pháp thực tế để đồng thời tăng mật độ và kiểm soát nhiệt, tập đoàn Trung Quốc sẽ có thêm một hướng đi để duy trì tốc độ phát triển chip trong bối cảnh khả năng tiếp cận các công nghệ sản xuất bán dẫn tiên tiến vẫn bị hạn chế.