Nói thật là plot twist của năm luôn á! Thay vì cứ mải mê với silicon như mọi khi, giới nghiên cứu Trung Quốc lại "đổi làn" hẳn sang bismuth để làm chip. Và kết quả? Xịn xò bất ngờ!
Team nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh vừa drop một tin hot hổi: họ đã chế ra loại transistor 2D mới xài bismuth thay vì silicon truyền thống. Nghe có vẻ sci-fi nhưng mà thật đấy nhé! Đây có thể là turning point của cuộc đua chip toàn cầu luôn.
Theo thông báo chính thức trên trang web của trường vào tuần trước, em transistor mới này nhanh hơn tận 40% so với chip silicon 3nm mới nhất của Intel và TSMC (những ông trùm ngành chip đó), mà còn tiết kiệm điện hơn 10% nữa chứ. "Đây là transistor nhanh nhất, hiệu quả nhất từ trước đến nay," thông báo khẳng định luôn.
Giáo sư Peng Hailin - người dẫn đầu nhóm nghiên cứu - tin rằng cách làm của họ là một bước chuyển mình căn bản trong công nghệ bán dẫn. "Nếu các đổi mới chip dựa trên vật liệu hiện có được coi là 'đường tắt', thì việc chúng tôi phát triển transistor dựa trên vật liệu 2D giống như việc 'đổi làn đường' hoàn toàn," giáo sư chia sẻ.
Breakthrough này của team Trung Quốc quá xịn á, họ tạo ra transistor gốc bismuth vượt mặt hẳn các chip thương mại đỉnh nhất từ Intel, TSMC, Samsung và cả Trung tâm Vi điện tử Liên trường đại học của Bỉ. Khác với transistor silicon truyền thống - vốn đang gặp khó khi phải thu nhỏ kích thước và tối ưu năng lượng ở cỡ siêu nhỏ - thiết kế mới này không có những giới hạn đó.
Theo giáo sư Peng, mặc dù các lệnh trừng phạt do Mỹ dẫn đầu đã chặn đường tiếp cận công nghệ silicon đỉnh cao của Trung Quốc, nhưng những hạn chế này lại vô tình push các nhà nghiên cứu Trung Quốc phải tìm giải pháp thay thế. "Mặc dù con đường này sinh ra từ sự cần thiết do các lệnh trừng phạt hiện tại, nhưng nó cũng buộc các nhà nghiên cứu tìm giải pháp từ những góc nhìn mới," ông giải thích.
Nghiên cứu mô tả cách nhóm phát triển transistor hiệu ứng trường cổng xung quanh (GAAFET) sử dụng vật liệu gốc bismuth. Thiết kế này khác biệt đáng kể so với cấu trúc Transistor Hiệu ứng Trường Fin (FinFET) - cái đã là chuẩn mực của ngành kể từ khi Intel thương mại hóa nó vào năm 2011.
Những giới hạn của chip silicon ngày càng lộ rõ khi ngành công nghiệp cố đẩy mật độ tích hợp vượt quá 3 nanomet. Cấu trúc GAAFET mới bỏ hẳn cái "fin" được dùng trong thiết kế FinFET, tăng diện tích tiếp xúc giữa cổng và kênh. Các nhà nghiên cứu ví sự thay đổi này như việc chuyển từ tòa nhà cao tầng sang cầu nối, giúp electron di chuyển smooth hơn hẳn.
Để tối ưu hóa performance hơn nữa, team đã chuyển sang vật liệu bán dẫn 2D. Những vật liệu này có độ dày nguyên tử đồng đều và tính linh động cao hơn silicon, khiến chúng trở thành lựa chọn thay thế khả thi cho chip thế hệ sau. Tuy nhiên, những nỗ lực trước đây dùng vật liệu 2D trong transistor đều gặp vấn đề về cấu trúc, làm giảm hiệu quả.
Nhóm Đại học Bắc Kinh đã overcome những trở ngại này bằng cách tự phát triển vật liệu gốc bismuth, cụ thể là Bi2O2Se và Bi2SeO5, lần lượt đóng vai trò là vật liệu bán dẫn và vật liệu oxit điện môi cao. Hằng số điện môi cao của những vật liệu này giúp giảm mất năng lượng, giảm thiểu yêu cầu điện áp và tăng cường sức mạnh tính toán đồng thời cắt giảm tiêu thụ năng lượng.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo các transistor thực nghiệm bằng nền tảng xử lý chính xác cao của Đại học Bắc Kinh. Kết quả đã được confirm bằng tính toán lý thuyết hàm mật độ (DFT), xác nhận rằng giao diện vật liệu Bi2O2Se/Bi2SeO5 có ít khuyết tật hơn và dòng electron mượt mà hơn so với các giao diện bán dẫn-oxit hiện có.
"Điều này làm giảm sự tán xạ electron và mất dòng điện, cho phép electron chảy hầu như không có điện trở, tương tự như nước di chuyển qua một đường ống trơn tru," giáo sư Peng giải thích.
Với transistor dựa trên công nghệ này có khả năng chạy nhanh hơn 1,4 lần so với chip silicon tiên tiến nhất ở mức 90% mức tiêu thụ năng lượng của chúng, nhóm Đại học Bắc Kinh hiện đang nỗ lực scale up sản xuất. Họ đã build các đơn vị logic nhỏ sử dụng transistor mới, cho thấy độ tăng điện áp cao ở điện áp hoạt động cực thấp.
"Công trình này chứng minh rằng GAAFET 2D thực sự thể hiện hiệu suất và hiệu quả năng lượng tương đương với transistor thương mại dựa trên silicon, khiến chúng trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho nút công nghệ tiếp theo," Peng viết trong bài báo nghiên cứu.
Breakthrough này có thể là game changer đối với ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc, vốn đang phải đối mặt với các lệnh trừng phạt quốc tế và bị giới hạn tiếp cận công nghệ chip đỉnh cao. Thay vì cứ cố bắt kịp trong cuộc đua miniaturization chip silicon, các nhà nghiên cứu Trung Quốc dường như đang tạo ra một con đường công nghệ hoàn toàn mới có thể giúp đất nước vượt qua những thách thức của ngành sản xuất chip silicon.
Nguồn: soha.vn
Team nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh vừa drop một tin hot hổi: họ đã chế ra loại transistor 2D mới xài bismuth thay vì silicon truyền thống. Nghe có vẻ sci-fi nhưng mà thật đấy nhé! Đây có thể là turning point của cuộc đua chip toàn cầu luôn.
Theo thông báo chính thức trên trang web của trường vào tuần trước, em transistor mới này nhanh hơn tận 40% so với chip silicon 3nm mới nhất của Intel và TSMC (những ông trùm ngành chip đó), mà còn tiết kiệm điện hơn 10% nữa chứ. "Đây là transistor nhanh nhất, hiệu quả nhất từ trước đến nay," thông báo khẳng định luôn.
Giáo sư Peng Hailin - người dẫn đầu nhóm nghiên cứu - tin rằng cách làm của họ là một bước chuyển mình căn bản trong công nghệ bán dẫn. "Nếu các đổi mới chip dựa trên vật liệu hiện có được coi là 'đường tắt', thì việc chúng tôi phát triển transistor dựa trên vật liệu 2D giống như việc 'đổi làn đường' hoàn toàn," giáo sư chia sẻ.
Breakthrough này của team Trung Quốc quá xịn á, họ tạo ra transistor gốc bismuth vượt mặt hẳn các chip thương mại đỉnh nhất từ Intel, TSMC, Samsung và cả Trung tâm Vi điện tử Liên trường đại học của Bỉ. Khác với transistor silicon truyền thống - vốn đang gặp khó khi phải thu nhỏ kích thước và tối ưu năng lượng ở cỡ siêu nhỏ - thiết kế mới này không có những giới hạn đó.
Theo giáo sư Peng, mặc dù các lệnh trừng phạt do Mỹ dẫn đầu đã chặn đường tiếp cận công nghệ silicon đỉnh cao của Trung Quốc, nhưng những hạn chế này lại vô tình push các nhà nghiên cứu Trung Quốc phải tìm giải pháp thay thế. "Mặc dù con đường này sinh ra từ sự cần thiết do các lệnh trừng phạt hiện tại, nhưng nó cũng buộc các nhà nghiên cứu tìm giải pháp từ những góc nhìn mới," ông giải thích.
Nghiên cứu mô tả cách nhóm phát triển transistor hiệu ứng trường cổng xung quanh (GAAFET) sử dụng vật liệu gốc bismuth. Thiết kế này khác biệt đáng kể so với cấu trúc Transistor Hiệu ứng Trường Fin (FinFET) - cái đã là chuẩn mực của ngành kể từ khi Intel thương mại hóa nó vào năm 2011.
Những giới hạn của chip silicon ngày càng lộ rõ khi ngành công nghiệp cố đẩy mật độ tích hợp vượt quá 3 nanomet. Cấu trúc GAAFET mới bỏ hẳn cái "fin" được dùng trong thiết kế FinFET, tăng diện tích tiếp xúc giữa cổng và kênh. Các nhà nghiên cứu ví sự thay đổi này như việc chuyển từ tòa nhà cao tầng sang cầu nối, giúp electron di chuyển smooth hơn hẳn.
Để tối ưu hóa performance hơn nữa, team đã chuyển sang vật liệu bán dẫn 2D. Những vật liệu này có độ dày nguyên tử đồng đều và tính linh động cao hơn silicon, khiến chúng trở thành lựa chọn thay thế khả thi cho chip thế hệ sau. Tuy nhiên, những nỗ lực trước đây dùng vật liệu 2D trong transistor đều gặp vấn đề về cấu trúc, làm giảm hiệu quả.
Nhóm Đại học Bắc Kinh đã overcome những trở ngại này bằng cách tự phát triển vật liệu gốc bismuth, cụ thể là Bi2O2Se và Bi2SeO5, lần lượt đóng vai trò là vật liệu bán dẫn và vật liệu oxit điện môi cao. Hằng số điện môi cao của những vật liệu này giúp giảm mất năng lượng, giảm thiểu yêu cầu điện áp và tăng cường sức mạnh tính toán đồng thời cắt giảm tiêu thụ năng lượng.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo các transistor thực nghiệm bằng nền tảng xử lý chính xác cao của Đại học Bắc Kinh. Kết quả đã được confirm bằng tính toán lý thuyết hàm mật độ (DFT), xác nhận rằng giao diện vật liệu Bi2O2Se/Bi2SeO5 có ít khuyết tật hơn và dòng electron mượt mà hơn so với các giao diện bán dẫn-oxit hiện có.
"Điều này làm giảm sự tán xạ electron và mất dòng điện, cho phép electron chảy hầu như không có điện trở, tương tự như nước di chuyển qua một đường ống trơn tru," giáo sư Peng giải thích.
Với transistor dựa trên công nghệ này có khả năng chạy nhanh hơn 1,4 lần so với chip silicon tiên tiến nhất ở mức 90% mức tiêu thụ năng lượng của chúng, nhóm Đại học Bắc Kinh hiện đang nỗ lực scale up sản xuất. Họ đã build các đơn vị logic nhỏ sử dụng transistor mới, cho thấy độ tăng điện áp cao ở điện áp hoạt động cực thấp.
"Công trình này chứng minh rằng GAAFET 2D thực sự thể hiện hiệu suất và hiệu quả năng lượng tương đương với transistor thương mại dựa trên silicon, khiến chúng trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho nút công nghệ tiếp theo," Peng viết trong bài báo nghiên cứu.
Breakthrough này có thể là game changer đối với ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc, vốn đang phải đối mặt với các lệnh trừng phạt quốc tế và bị giới hạn tiếp cận công nghệ chip đỉnh cao. Thay vì cứ cố bắt kịp trong cuộc đua miniaturization chip silicon, các nhà nghiên cứu Trung Quốc dường như đang tạo ra một con đường công nghệ hoàn toàn mới có thể giúp đất nước vượt qua những thách thức của ngành sản xuất chip silicon.
Nguồn: soha.vn