Bạn đã hiểu đúng về tiến trình 7nm, 10nm? Có thật con số này càng nhỏ thì càng tốt?

7nm, 10nm hay 14nm là những con số bạn thường nghe mỗi khi người ta nhắc đến một con chip nào đó. Nhưng ý nghĩa của nó thực sự là gì thì hầu hết người dùng lại hiểu sai.

Khi được hỏi về con số này, mình tin chắc đa phần các bạn sẽ trả lời đây là kích thước của một bóng bán dẫn (Transistor), khi con số này được thu nhỏ thì trên một diện tích người ta nhét được nhiều bóng bán dẫn hơn. Vậy nếu hiểu theo cách này để mình thử tính cho các bạn xem nhé. Ví dụ khi chúng ta hiểu 10nm là kích thước bóng bán dẫn có hình vuông cạnh 10nm. Chúng ta lại ví dụ khoảng cách giữa chúng là 10nm nữa. Và 1nm = 10⁻⁹ m, 1mm = 10⁻³ m.

Tức là trên một chiều dài 1mm chúng ta có thể sắp xếp khoảng 10⁻³/(20*10⁻⁹) = 50,000 (bóng bán dẫn) cạnh nhanh với khoảng cách 10nm. Như vậy cứ mỗi milimet vuông (hình vuông cạnh 1mm) sẽ chứa được khoảng 50,000*50,000 = 2,500,000,000 bóng bán dẫn. Diện tích đế chip hiện tại từ khoảng hơn 100 đến vài trăm milimet vuông, nếu cách hiểu này là đúng thì người ta có thể tạo ra những bộ xử lý hàng trăm tỷ bóng bán dẫn nhét vô một chiếc điện thoại. Thật không may, công nghệ 7nm+ hiện tại mới chỉ nhét được hơn 100 triệu bóng bán dẫn vào mỗi milimet vuông mà thôi. Như vậy rõ ràng cách hiểu này thật quá sai.

Vậy ý nghĩa thực sự là gì?

Để hiểu được khái niệm chính xác về cái gọi là “tiến trình nanomet” thì chúng ta phải hiểu được cấu tạo của bóng bán dẫn.

Nói một chút về Transistor, đây là một thành phần vô cùng cơ bản trong các thiết bị điện tử, nếu bạn nào đã học và nhớ môn Vật lý phổ thông thì cũng đã biết được cấu tạo cơ bản của loại linh kiện này rồi. Còn nếu bạn không nhớ thì có thể hiểu đơn giản Transistor là một linh kiện bán dẫn chủ động, tức là chúng có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện (hai trạng thái được quy ước là 1 và 0 trong hệ thống nhị phân).

Để điều khiển chúng dẫn điện hoặc không dẫn điện người ta sử dụng một cái cổng (gate), vì thế mà mấy cái Transistor hồi xưa chúng ta học có 3 cái chân nối ra ngoài, một chân sẽ là cực nguồn (source), một chân sẽ là cực máng (drain), chân còn lại là cái cổng (gate) có nhiệm vụ đóng hoặc mở tạo ra các tín hiệu điện 1 và 0. Transistor trong mấy con chip cũng vậy thôi, chỉ là chúng vô cùng nhỏ.

Trước đây người ta thiết kế chip theo dạng phẳng (còn gọi là MOSFET). Lúc này cái gọi là “tiến trình nm” là khoảng cách giữa cực nguồn (source) và cực máng (drain), hay chính là kích thước của cái cổng (gate). Cổng càng ngắn ("L" trong hình dưới) hay khoảng cách giữa hai cực càng gần nhau thì thời gian electron dịch chuyển càng nhanh, điện trở càng thấp, càng tiết kiệm điện.

Tuy nhiên khi thu hẹp cánh cổng đó xuống 22nm thì khoảng cách giữa hai cực là quá nhỏ, làm cái cổng không còn hoạt động theo ý muốn. Vậy là người ta nghĩ ra thiết kế dạng 3D hay còn gọi là FinFET, Fin ở đây có thể hiểu là cái vây (vây như vây cá vậy). Các bạn có thể xem trong video bên dưới để dễ tưởng tượng hơn về MOSFET và FinFET.

Và cũng từ khi người ta thiết kế chip theo dạng 3 chiều FinFET, cái định nghĩa về kích thước của cái cổng cũng không còn đúng nữa và thực tế thì nó cũng chẳng đại diện cho con số nào bên trong những con chip cả.

Hiện tại thì cái còn gọi là tiến trình như các bạn hay thấy nó mang ý nghĩa marketing nhiều hơn là một cái gì đó để so sánh. Cũng không có một quy chuẩn quốc tế nào về việc đặt tên cho các loại tiến trình 14nm, 10nm hay 7nm hiện tại cả.

Vậy có thật con số này càng nhỏ thì càng tốt hay không?

Câu trả lời là hên xui. Vì nó còn tùy thuộc vào cách định nghĩa và cách sắp xếp các bóng bán dẫn của các nhà sản xuất chip khác nhau. Trên thực tế thì để so sánh mức độ “xịn sò” chúng ta nên để ý đến mật độ bóng bán dẫn nhiều hơn là con số nanomet kia.

Ví dụ với 14nm, Intel có thể nhét tới 43.5 triệu bóng bán dẫn vào mỗi milimet vuông, con số đó với TSMC 16FF chỉ là 28.2 triệu và Samsung 14LPP là 32.5 triệu. Khi xuống 10nm, Intel có thể đạt tới 106.1 triệu. Trong khi đó 7nm của TSMC chỉ đạt 96.49 triệu và Samsung là 95.3 triệu. Thế mới nói khi Intel hoàn thiện được tiến trình 10nm của mình thì 7nm của AMD hiện tại cũng chỉ thường thôi.

Nhưng mà hiện tại thì TSMC và Samsung đã sử dụng công nghệ 7nm+ EUV, một công nghệ mới hơn để “khắc chip”. Bộ xử lý tiếp theo của AMD sẽ sử dụng công nghệ này của TSMC, vì thế cũng là 7nm nhưng mật độ bóng bán dẫn có thể đạt 116.7 triệu. Thậm chí Samsung có thể sản xuất những con chip 7nm+ với mật độ 127.3 triệu bóng bán dẫn trên mỗi milimet vuông, tức là dù Intel kịp hoàn thiện tiến trình 10nm trong năm sau thì vẫn phải theo sau AMD.

Vậy tại sao Intel chưa xuống được 7nm? Tại sao 7nm+ EUV lại “xịn” hơn nhiều 7nm? Mình sẽ tổng hợp thông tin gửi đến các bạn trong một bài viết khác nhé.