Nếu được thương mại hóa đúng lộ trình trong khoảng 5 năm tới, nền tảng này hứa hẹn mang lại hiệu năng cao hơn, tiết kiệm điện năng hơn và mở ra thế hệ chip mới phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán hiệu năng cao và trung tâm dữ liệu.
Kiến trúc transistor hoàn toàn mới
Điểm đột phá của IBM không nằm ở việc đơn thuần thu nhỏ kích thước transistor mà ở kiến trúc NanoStack – công nghệ xếp chồng transistor theo phương thẳng đứng thay vì chỉ mở rộng theo mặt phẳng như các thế hệ chip hiện nay.
Theo IBM, thiết kế này cho phép tối ưu riêng từng lớp transistor trước khi liên kết bằng công nghệ ghép điện môi siêu mỏng. Cách tiếp cận mới giúp vượt qua những giới hạn vật lý mà các kiến trúc nanosheet truyền thống đang gặp phải khi tiến tới các nút tiến trình dưới 1nm.
Nhờ cấu trúc 3D mới, IBM cho biết một con chip kích thước chỉ bằng móng tay có thể tích hợp gần 100 tỷ transistor, gần gấp đôi mật độ của nền tảng 2nm mà hãng giới thiệu năm 2021. Hiệu năng xử lý được cải thiện khoảng 50%, trong khi mức tiêu thụ điện giảm tới 70% so với thế hệ 2nm trước đó.
AI là động lực lớn nhất
IBM cho rằng AI đang đẩy ngành bán dẫn vào giai đoạn cần những kiến trúc hoàn toàn mới thay vì chỉ tiếp tục thu nhỏ transistor theo cách truyền thống.
Các mô hình AI ngày càng lớn đòi hỏi số lượng transistor nhiều hơn, bộ nhớ SRAM mật độ cao hơn và khả năng xử lý với mức tiêu thụ điện thấp. Nền tảng NanoStack được thiết kế để đáp ứng chính những yêu cầu này.
Ngoài việc tăng mật độ transistor, IBM cho biết công nghệ mới còn giúp tăng khoảng 40% mật độ SRAM, yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các bộ tăng tốc AI (AI Accelerator) và GPU dành cho trung tâm dữ liệu.
Chưa phải chip thương mại
Dù gây chú ý lớn, IBM nhấn mạnh đây vẫn là công nghệ ở giai đoạn nghiên cứu.
Công ty không trực tiếp sản xuất chip mà sẽ tiếp tục hợp tác với các đối tác chế tạo bán dẫn để thương mại hóa nền tảng mới. Theo lộ trình hiện nay, những sản phẩm đầu tiên dựa trên công nghệ dưới 1nm có thể xuất hiện sau khoảng 5 năm, nếu các thách thức về quy trình sản xuất và chi phí được giải quyết.
IBM trước đây từng chuyển giao các công nghệ bán dẫn tiên tiến cho Samsung và Rapidus (Nhật Bản), do đó nhiều chuyên gia dự đoán mô hình hợp tác tương tự có thể tiếp tục được áp dụng đối với nền tảng NanoStack.
Cuộc đua bán dẫn bước sang giai đoạn mới
Thông báo của IBM diễn ra trong bối cảnh ngành bán dẫn toàn cầu đang cạnh tranh quyết liệt ở các tiến trình tiên tiến. Trong khi TSMC và Samsung đang thương mại hóa các công nghệ 2nm, còn Intel thúc đẩy tiến trình 18A, IBM đã chọn hướng đi khác với kiến trúc transistor 3D dành cho kỷ nguyên dưới 1nm.
Đáng chú ý, khái niệm "1nm" hay "0,7nm" ngày nay không còn phản ánh kích thước vật lý thực của transistor mà chủ yếu đại diện cho một thế hệ công nghệ mới với mật độ transistor cao hơn, hiệu năng tốt hơn và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn. Điều đó đồng nghĩa cuộc cạnh tranh trong ngành bán dẫn không chỉ nằm ở con số nanomet, mà còn ở khả năng đổi mới kiến trúc chip và tối ưu quy trình sản xuất.
Với NanoStack, IBM đang phát đi tín hiệu rằng định luật Moore vẫn chưa đi đến giới hạn. Thay vì chỉ tiếp tục thu nhỏ transistor theo cách truyền thống, tương lai của chip AI có thể sẽ được quyết định bởi các kiến trúc ba chiều, nơi nhiều lớp transistor được xếp chồng để tạo ra hiệu năng cao hơn trong cùng một diện tích silicon.