Nghe có vẻ hơi sốc nhưng mà thật đấy! Thời đại mê mẩn chip siêu nhỏ xíu có thể sắp "hết thời" rồi các bạn ơi Tương lai đang dần chuyển hướng sang những "ông trùm" chip khổng lồ bằng cả tấm wafer luôn nè!
Trong lúc cả thế giới vẫn đang "phê" với những con chip tý hon nhưng nhét được cả trăm tỷ bóng bán dẫn vào, thì một nghịch lý cực kỳ thú vị đang lộ diện: chính sự thành công vang dội của công nghệ microchip lại đang tự đẩy nó vào ngõ cụt NVIDIA - "ông trùm" có giá trị nhất thế giới với vốn hóa tầm 5.000 tỷ USD - đang đứng trên đỉnh cao của kỷ nguyên này.
CEO Jensen Huang vừa khiến ai cũng phải "đứng hình" tại hội nghị AI ở Washington tuần trước khi show off những bước tiến siêu đỉnh của chip NVIDIA. Mỗi con chip mới nhất của ông ấy chứa tới 208 tỷ bóng bán dẫn, được đóng gói trong vỏ nhựa với những sợi dây đồng nhìn như chân kiến hoặc bọ cánh cứng ấy, giá tầm 30.000 USD mỗi con thôi
Nhưng mà plot twist ở chỗ: đột phá thực sự không phải ở từng con chip riêng lẻ, mà là ở cách chúng được "kết nối" với nhau nè! Các chip trung tâm dữ liệu này không còn "solo" như CPU trong laptop nữa, mà được "đan xen" với nhau hàng nghìn thậm chí hàng triệu con trong các data center, hoạt động như một siêu máy tính khổng lồ với khả năng "tư duy tập thể" - hay còn gọi là AI đó
Trung tâm dữ liệu "xịn nhất quả đất" hiện tại là Colossus 2 ở Memphis, Tennessee - "con cưng" của xAI của Elon Musk, tích hợp ước tính một triệu chip NVIDIA trong một cỗ máy khổng lồ để chạy Grok và xe tự lái.
Rào cản "chết người" của kỷ nguyên vi chip
Nhưng mà ông trời có "cho" không hết đâu nhé! Chính sự phát triển đỉnh cao này lại "phơi bày" một nghịch lý cực khó chịu. Tất cả mọi thứ trong ngành công nghiệp chip hiện giờ đều bị "control" bởi một cỗ máy siêu kỳ diệu nhưng cũng là một giới hạn vật lý không vượt qua được - máy quang khắc tia cực tím EUV của hãng ASML.
Phiên bản mới nhất của ASML xài công nghệ quang khắc cực tím với khẩu độ số cao. Nếu bạn không phải người Trung Quốc (lol), bạn có thể "tậu" một em với giá khoảng 380 triệu USD Có tầm 44 chiếc được bán ra đến giờ. Nó được ship trong khoảng 250 thùng và cần hàng trăm kỹ sư mất khoảng sáu tháng để lắp đặt. Giám đốc nghiên cứu của IBM, Darío Gil, gọi nó là "máy móc phức tạp nhất thế giới" luôn.
Cỗ máy này hoạt động như một chiếc máy ảnh "khổng lồ", chiếu các mẫu ánh sáng lên bề mặt các tấm wafer 12 inch thông qua một mặt nạ ảnh bằng thạch anh và chrome có khắc thiết kế chip. Nhưng chính trong "lõi" của cỗ máy thần thánh này lại ẩn chứa một giới hạn "tàn khốc" mà vật lý học đặt ra, gọi là giới hạn reticle - hay kích thước tối đa của mỗi vi chip (die chip) mà máy quang khắc tạo ra trong một lần chiếu.
Những cỗ máy quang khắc hiện đại chỉ tạo được các die chip có diện tích tối đa 800 mm² hay 1,25 inch vuông thôi. Giới hạn này quyết định kích thước của chip, và kích thước chip lại quyết định độ "xịn" của tính toán AI. Vượt qua ngưỡng 800 mm² hay 1,25 inch vuông, các định luật về ánh sáng và tốc độ ánh sáng sẽ "block" việc tạo ra các thiết kế lớn hơn. Đây không phải là rào cản có thể "phá" bằng kỹ thuật hay tiền bạc mà là một "bức tường" của chính vật lý học luôn
Vì vậy, để tạo nên các con chip với hàng trăm tỷ bóng bán dẫn khổng lồ như GPU AI của NVIDIA, các nhà sản xuất chip đang phải "nhờ cậy" những giải pháp đóng gói chip phức tạp như chiplet hay chồng die chip lên nhau, để tăng số bóng bán dẫn trên mỗi chip. Kết quả tính toán được "chia nhỏ" giữa nhiều chip rồi "ghép" lại. Điều này cũng làm tăng năng lượng liên kết giữa các die chip, chi phí đóng gói phức tạp hơn, nhiều liên kết hơn. Chúng ta đang "chạy ngược" với định luật vật lý, và cuộc chạy đua này không thể thắng được đâu nhé
Vậy điều gì sẽ đến sau đó?
Kết quả "tất yếu" của giới hạn reticle chính là "hồi kết" của kỷ nguyên chip. Nhưng nếu chip sắp "về vườn", điều gì sẽ "lên ngôi"? Câu trả lời nằm ở một mô hình hoàn toàn cách mạng: các siêu chip khổng lồ được tích hợp quy mô wafer, "bỏ rơi" hoàn toàn khái niệm chip riêng lẻ. Ý tưởng đơn giản nhưng "gắt": thay vì tạo ra hàng nghìn con chip nhỏ rồi phải vất vả kết nối chúng lại, tại sao không khắc toàn bộ hệ thống lên một tấm wafer duy nhất ngay từ đầu?
Hãng Cerebras ở Palo Alto, California đã biến ý tưởng này thành hiện thực với động cơ quy mô wafer WSE-3 của họ. Con số thống kê của nó "gây sốc" luôn: khoảng 4.000 tỷ bóng bán dẫn, gấp 14 lần chip Blackwell của NVIDIA, với băng thông bộ nhớ gấp 7.000 lần
"Bí kíp" của Cerebras là khắc bộ nhớ trực tiếp lên wafer thay vì nhét nó vào các chip và chiplet xa xôi trong những "mê cung" bộ nhớ băng thông cao. Công ty sau đó xếp các chip quy mô wafer của mình gấp 16 lần, biến một data center khổng lồ thành một chiếc hộp nhỏ chứa 64.000 tỷ bóng bán dẫn. Đây không chỉ là "upgrade" từng bước mà là một "bước nhảy vọt" hoàn toàn!
Và tương lai còn "hype" hơn thế nữa nhờ công việc của David Lam, người sáng lập Lam Research - công ty thiết bị chế tạo wafer lớn thứ ba thế giới. Năm 2010, ông thành lập Multibeam Corp, công ty đã tạo ra một cỗ máy thực hiện công nghệ quang khắc chùm điện tử đa cột.
Công nghệ này cho phép các nhà sản xuất "vượt mặt" giới hạn reticle nói trên. Multibeam đã chứng minh khả năng khắc các tấm wafer 8 inch, một thành tựu mở ra cánh cửa cho một tương lai hoàn toàn mới. Không còn chip riêng lẻ, không còn bao bì phức tạp ở Philippines hay Thâm Quyến, không còn những "mê cung" dây và cáp quang để kết nối hàng nghìn con chip với nhau nữa
Kỷ nguyên "hậu microchip", với các data center gói gọn trong một chiếc hộp chứa bộ xử lý quy mô wafer, không còn là "khoa học viễn tưởng" nữa mà đang từng bước trở thành hiện thực. Điều mà nhiều người vẫn gọi là chip khổng lồ hoặc siêu chip thực chất là điều "ngược đời" hoàn toàn với microchip, không có các đơn vị xử lý riêng biệt hoặc bộ nhớ trong các gói nhựa với những sợi dây như chân nữa.
Nguồn: genk.vn