TSMC, nhà sản xuất vi mạch hàng đầu thế giới, đã công bố chip 2 nm tiên tiến nhất vào đầu tháng 4, với kế hoạch đưa vào sản xuất hàng loạt trong nửa cuối năm nay.

Công ty đến từ Đài Loan kỳ vọng công nghệ mới sẽ tạo ra cú huých lớn về hiệu suất và tối ưu năng lượng, mở ra một chương mới cho ngành công nghệ toàn cầu. Tuy nhiên, quá trình sản xuất đại trà chip 2 nm được dự báo sẽ đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm độ phức tạp kỹ thuật cao và chi phí đầu tư khổng lồ.

Theo Live Science, microchip đóng vai trò nền tảng trong gần như mọi thiết bị điện tử hiện nay, từ những chiếc bàn chải đánh răng điện, điện thoại thông minh, laptop đến các thiết bị gia dụng. Chúng được chế tạo bằng cách xếp chồng và khắc các lớp vật liệu như silicon để tạo ra những mạch siêu nhỏ, trong đó chứa hàng tỷ bóng bán dẫn.

Bóng bán dẫn thực chất là những công tắc siêu nhỏ, kiểm soát dòng điện và đóng vai trò cốt lõi trong việc vận hành máy tính. Về cơ bản, chip càng chứa nhiều bóng bán dẫn thì tốc độ và sức mạnh xử lý càng lớn. Do đó, cuộc đua của các nhà sản xuất chip luôn xoay quanh việc nhồi nhét nhiều bóng bán dẫn hơn vào cùng một diện tích, nhằm tạo ra thiết bị vừa mạnh mẽ vừa tiết kiệm năng lượng hơn.

Công nghệ sản xuất microchip tiên tiến của TSMC hiện đang được nhiều tập đoàn lớn sử dụng. Các dòng vi xử lý A-series của Apple trong iPhone, iPad và Mac, GPU của Nvidia cho ứng dụng AI và học máy, cũng như bộ xử lý Ryzen và EPYC của AMD dành cho các siêu máy tính, đều được sản xuất dựa trên công nghệ của TSMC. Ngoài ra, bộ vi xử lý Snapdragon của Qualcomm — được sử dụng trong điện thoại Samsung, Xiaomi, OnePlus và Google Pixel — cũng là sản phẩm hưởng lợi từ công nghệ tiên tiến này.

TSMC đã khởi động công nghệ microchip 5 nm vào năm 2020, mang lại đột phá cho smartphone và điện toán hiệu năng cao (HPC). Tiếp theo, công ty giới thiệu chip 3 nm, giúp tăng hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Giờ đây, chip 2 nm sẽ tiếp tục thay đổi thị trường với khả năng mang lại hiệu suất tốt hơn và thời gian sử dụng pin lâu hơn cho smartphone, laptop, và tablet.

So với chip 3 nm, chip 2 nm của TSMC sẽ tăng tốc độ tính toán 10-15% mà không tăng tiêu thụ điện, hoặc giảm 20-30% tiêu thụ điện mà vẫn duy trì tốc độ. Mật độ bóng bán dẫn trong chip 2 nm tăng 15%, giúp các thiết bị chạy nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng.

Công nghệ mới hứa hẹn thúc đẩy các ứng dụng AI, trung tâm dữ liệu tiết kiệm năng lượng, và giúp xe tự hành, robot hoạt động hiệu quả hơn. Tuy nhiên, sản xuất chip 2 nm đụng phải thách thức lớn về công nghệ, với yêu cầu sử dụng quang khắc EUV và chi phí cao. Kiểm soát nhiệt độ cũng là vấn đề khi mật độ bóng bán dẫn tăng lên.

Bên cạnh đó, silicon có thể đạt đến giới hạn hiệu suất ở quy mô 2 nm, buộc các nhà sản xuất phải tìm kiếm vật liệu mới. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh gần đây đã phát triển bóng bán dẫn bismuth, hứa hẹn nhanh hơn 40% và tiết kiệm năng lượng hơn 10% so với chip 3 nm hiện tại.