Chip 5nm còn chưa thấy sản phẩm thương mại hóa, TSMC đã bắt đầu nghiên cứu tiến trình 2nm

Học viện đào tạo trực tuyến Thứ Hai, 27 tháng 4, 2020 0 No comments

Vẫn là nguồn tin từ tờ DigiTimes Đài Loan, theo đó họ đưa tin rằng TSMC đã công bố thông tin bắt đầu nghiên cứu công nghệ sản xuất chip bán dẫn trên tiến trình 2nm cho các nhà đầu tư nắm cổ phần của tập đoàn này. Rõ ràng một điều, dù đang là đơn vị dẫn đầu cuộc đua phát triển và sản xuất chip bán dẫn toàn thế giới, nhưng TSMC vẫn không cho phép họ ngủ quên trên chiến thắng. Hiện giờ những chip bán dẫn sản xuất trên tiến trình 7nm và những hậu bản như 7nm đang chiếm khoảng 30% toàn bộ đơn hàng mà TSMC có được từ các đối tác như AMD hay Apple. Trong khi đó tiến trình sản xuất chip 5nm đã đi vào giai đoạn sản xuất quy mô lớn từ đầu quý II vừa rồi. Ngoài ra, gần như không có bất kỳ thông tin gì chính thức về tiến trình 2nm.

So sánh với tiến trình 7nm, 5nm sẽ giúp mật độ transistor trên cùng diện tích bề mặt die của chip xử lý tăng tới 84 – 87%, hiểu nôm na là cùng một chip xử lý diện tích bằng nhau, thì nhiều transistor hơn đơn giản sẽ tăng hiệu năng xử lý các tác vụ trên máy tính, smartphone và máy tính bảng. Kích thước transistor nhỏ hơn, nghĩa là chúng tiêu thụ điện năng ít hơn, từ đó tạo ra ít nhiệt năng hơn, thứ gây ảnh hưởng lớn nhất tới hiệu năng xử lý của một chip bán dẫn. Lấy ví dụ đơn giản, khác biệt giữa tiến trình 12nm và 7nm chính là lý do Ryzen 5 2600 và 3600 có khác biệt tương đối về tốc độ khung hình chơi game. Assassin's Creed Odyssey với GeForce RTX 2080 Ti, chất lượng đồ họa medium, R5 2600 đạt trung bình 88 FPS, còn R5 3600 đạt tới 113 FPS dù TDP của cả hai con chip đều là 65W.

Cũng có hướng nghĩ khác cho rằng tiến trình 7nm sẽ giúp chi phí "fab" những tấm silicon biến thành chip bán dẫn nhờ phương pháp photolithography rẻ đi, vì cùng một bề mặt silicon "in" được nhiều transistor hơn. Nhưng điều này kỳ thực không phải. Tiến trình 7nm được cho là rất đắt đỏ vì công nghệ FinFET đòi hỏi nhiều công đoạn hơn, kiểm soát chất lượng cũng khó hơn. Bản thân công nghệ EUV photolithography cũng gặp vấn đề với việc sản xuất quy mô lớn, khi "in" thiếu chân tiếp xúc trên bề mặt die. AMD phải giảm chi phí bằng cách trang bị cho CPU Epyc 7nm hệ thống memory controller và I/O trên một die bán dẫn riêng, tiến trình 14nm là vì thế.

Cũng không nên nghĩ rằng, cứ tiến trình sản xuất chip bán dẫn số nhỏ hơn đồng nghĩa với hiệu năng mặc định sẽ ngon hơn. Lấy ví dụ, tiến trình 10nm của Intel cho phép in 100,76 triệu transistor trên một mm vuông die bán dẫn, còn tiến trình 7nm FinFET của TSMC chỉ in được 96,5 triệu transistor trên một mm vuông. Nhưng đến giờ hầu hết CPU desktop của Intel vẫn đang kẹt ở tiến trình 14nm, Core i9-10980HK ra mắt quý II năm nay vẫn sẽ được sản xuất trên tiến trình này. Giữa năm nay Intel Tiger Lake trên tiến trình 10nm , được nâng cấp từ Ice Lake 10nm , mới được bán ra thị trường, theo tuyên bố chính thức của Intel.

Kế hoạch tiếp theo của TSMC là áp dụng tiến trình 3nm vào sản xuất hàng loạt trong năm 2022. Đáng lưu tâm, TSMC vẫn muốn áp dụng công nghệ FinFET cho tiến trình 3nm, dù FinFET sẽ có phiên bản mới, gọi là GAAFET (gate-all-around field-effect transistor). Trong mắt nhiều nhà phân tích và chuyên gia trong ngành chip bán dẫn, tạo ra những chip xử lý trên tiến trình dưới 5nm nhưng vẫn áp dụng FinFET sẽ rất khó, khi những tiến trình như 3nm hay 2nm đòi hỏi thiết kế transistor khác biệt, cần nhiều nguyên liệu đặc biệt hơn so với những gì chúng ta thấy trong CPU hay GPU 7nm hiện tại.

Theo TechPowerUp