Trung Quốc chế tạo thành công chip 1nm: Bước tiến xóa bỏ rào cản vật lý suốt 70 năm

Các nhà khoa học tại Đại học Bắc Kinh vừa công bố một bước đột phá quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn khi thành công trong việc chế tạo transistor với kích thước chỉ 1 nanomet (nm). Thành tựu này chính thức phá vỡ giới hạn vật lý đã tồn tại suốt 70 năm qua, mở ra kỷ nguyên mới cho các dòng chip máy tính và trí tuệ nhân tạo (AI) thế hệ tiếp theo.

Việc thu nhỏ linh kiện điện tử xuống mức 1nm không chỉ đơn thuần là bài toán về kích thước mà còn là lời giải cho thách thức về hiệu suất năng lượng. Trước đây, dù các thành phần cực nhỏ có thể được tạo ra, chúng thường đòi hỏi điện áp hoạt động rất cao, gây lãng phí điện năng và tăng độ trễ xử lý.

Chỉ 1nm, Tiêu thụ điện năng cực thấp: Nhóm nghiên cứu Đại học Bắc Kinh đạt được bước đột phá về chip (Nguồn: Internet)

Giải pháp sáng tạo vượt qua rào cản điện áp cao

Trong suốt 7 thập kỷ, một trong những trở ngại lớn nhất của ngành bán dẫn toàn cầu là việc các linh kiện siêu nhỏ yêu cầu mức điện áp hoạt động trên 1,5V. Mức điện áp này không tương thích với các nhân logic của chip, dẫn đến việc kìm hãm tốc độ phát triển chung của toàn ngành.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh đã sử dụng vật liệu ống nano carbon kim loại để chế tạo cổng điều khiển. Khi cổng được thu nhỏ đến kích thước 1nm, cơ chế này tạo ra hiệu ứng tập trung điện trường mạnh mẽ, cho phép transistor hoạt động ổn định chỉ với mức điện áp 0,6V.

Sơ đồ 3D minh họa cấu trúc transistor siêu nhỏ (Nguồn: Internet)

Mức điện áp 0,6V thấp hơn gần ba lần so với các thiết kế truyền thống, giúp linh kiện đạt được sự tương thích hoàn hảo với các bộ phận xử lý chính của chip. Đây là lần đầu tiên trong lịch sử, một loại bóng bán dẫn kích thước 1nm có thể vận hành hiệu quả ở ngưỡng điện áp thấp như vậy.

Hiệu suất vượt trội và triển vọng cho ngành chip AI

Bên cạnh khả năng tiết kiệm điện, con chip mới còn thể hiện những thông số kỹ thuật ấn tượng so với các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành. Cụ thể, mức tiêu thụ điện năng chỉ dừng ở con số 0,45 femtojoule trên mỗi micromét, hiệu quả hơn gấp 10 lần so với các nghiên cứu được công bố trước đó.

Đáng chú ý, loại transistor này cho phép thực hiện tính toán ngay tại vị trí lưu trữ dữ liệu. Điều này giúp loại bỏ tình trạng "bức tường bộ nhớ" – rào cản lớn nhất khiến dữ liệu phải di chuyển liên tục giữa bộ nhớ và bộ xử lý, gây tiêu tốn thời gian và năng lượng trên các dòng chip AI hiện nay.

Trong bối cảnh các lệnh trừng phạt công nghệ từ năm 2022 hạn chế khả năng tiếp cận thiết bị sản xuất chip cao cấp, thành tựu này khẳng định nỗ lực tự chủ công nghệ của Trung Quốc. Việc tăng cường đầu tư vào nghiên cứu cơ bản đã giúp quốc gia này dần làm chủ các giải pháp thay thế, duy trì vị thế cạnh tranh trong cuộc đua bán dẫn toàn cầu.

PHỐ HỘI