Trung Quốc chế tạo thành công chip 1nm vượt rào cản vật lý 70 năm của ngành bán dẫn

Các nhà khoa học tại Đại học Bắc Kinh vừa công bố bước đột phá quan trọng khi chế tạo thành công transistor kích thước chỉ 1 nanomet (nm), phá vỡ giới hạn vật lý tồn tại suốt 70 năm qua. Linh kiện cơ bản này có khả năng hoạt động ở điện áp siêu thấp, mở ra triển vọng mới cho việc sản xuất các dòng chip xử lý và chip AI hiệu năng cao trong tương lai.

Giải mã công nghệ vượt rào cản vật lý 70 năm

Trong nhiều thập kỷ, thách thức lớn nhất của ngành bán dẫn là khi thu nhỏ linh kiện, mức điện áp yêu cầu thường phải trên 1.5V để hoạt động ổn định. Điều này gây ra tình trạng lãng phí điện năng và tăng độ trễ trong quá trình xử lý dữ liệu. Nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã giải quyết bài toán này bằng cách sử dụng vật liệu ống nano carbon kim loại làm cổng điều khiển.

Nhờ cấu trúc đặc biệt này, transistor mới chỉ cần điện áp 0.6V để vận hành, thấp hơn gần ba lần so với các thiết kế trước đây. Đây là lần đầu tiên một bóng bán dẫn kích thước 1nm đạt được mức điện áp tương thích hoàn toàn với các nhân logic chính của chip máy tính, giúp tối ưu hóa luồng dữ liệu và giảm thiểu nhiệt lượng tỏa ra.

Hiệu suất ấn tượng và khả năng tiết kiệm năng lượng

Về mặt kỹ thuật, con chip thể hiện những thông số vượt xa các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành. Transistor 1nm tiêu thụ điện năng chỉ 0.45 femtojoule trên micromet, hiệu quả hơn gấp 10 lần so với các nghiên cứu được công bố trước đó. Tốc độ thực hiện lệnh cũng đạt mức cực nhanh với chỉ 1.6 nanogiây.

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu phát hiện ra một hiện tượng ngược với quy luật thông thường: khi linh kiện càng được thu nhỏ, hiệu quả hoạt động lại càng tăng lên. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp hàng tỷ transistor trên một diện tích bề mặt siêu nhỏ mà không lo ngại về vấn đề suy giảm hiệu suất theo kích thước.

Bước tiến quan trọng cho tương lai của chip AI

Thành tựu này đặc biệt có ý nghĩa đối với lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI). Loại transistor mới cho phép lưu trữ và tính toán dữ liệu ngay tại chỗ, thay vì phải di chuyển liên tục giữa bộ nhớ và bộ xử lý. Cơ chế này giúp xóa bỏ "bức tường bộ nhớ" – rào cản lớn nhất đang kìm hãm sức mạnh và tốc độ của các dòng chip AI hiện đại.

Trong bối cảnh chịu nhiều áp lực từ các lệnh cấm vận thiết bị sản xuất chip cao cấp, việc Trung Quốc tự phát triển thành công công nghệ 1nm khẳng định vị thế của quốc gia này trong cuộc đua bán dẫn toàn cầu. Các chuyên gia đánh giá đây là nền tảng quan trọng để tạo ra những hệ thống máy tính mạnh mẽ và tiết kiệm năng lượng vượt bậc.