TSMC tuyên bố trong năm 2025 sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt chip 2nm và đến năm 2026 dự kiến bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt chip 1.6nm. Động thái như một phần của cuộc chạy đua sản xuất chip tiên tiến, với kích thước các bóng bán dẫn ngày càng thu nhỏ lại. Đây được coi là điều cực kỳ quan trọng bởi bóng bán dẫn nhỏ hơn cho phép mật độ bóng bán dẫn cao hơn, từ đó nâng cao hiệu năng và tiết kiệm năng lượng cho chip.
TSMC cho biết chip 1,6 nm sẽ cải thiện tốc độ 8-10% ở cùng mức tiêu thụ điện so với quy trình 2 nm. Đây hứa hẹn sẽ là một bước tiến lớn, mở ra tương lai mới cho hiệu suất và hiệu quả năng lượng của các thiết bị di động.
TSMC cũng sẽ ứng dụng công nghệ BPD, trong đó di chuyển cung cấp năng lượng từ mặt trước của tấm wafer silicon sang mặt sau để làm những con chip nhỏ nhất thế giới.
TSMC hiện là xưởng đúc chip lớn nhất thế giới với doanh thu quý IV/2024 tăng 37% so với cùng kỳ năm 2023, đạt 26,88 tỷ USD. Hãng dự kiến doanh thu trong 3 tháng đầu năm 2025 sẽ giảm theo mùa vụ của smartphone, song vẫn tăng so với cùng kỳ năm 2024.
Quay trở lại hồi năm 2009, khi ngành bán dẫn bắt đầu gặp khó khăn trong việc co lại kích cỡ chip. Chiang Shang-yi, khi đó là giám đốc nghiên cứu và phát triển của TSMC, nghĩ rằng ông đã có giải pháp.
Thay vì ép nhiều bóng bán dẫn vào khối chip vốn đã bé, Shang-yi đề xuất với Morris Chang, nhà sáng lập TSMC, rằng công ty nên khám phá việc đóng gói chip - một quy trình vốn kém tiên tiến và ít được chú ý. “Tôi nói với ông Chang rằng quá trình phát triển chip tuân theo Định luật Moore có thể chậm lại những năm tới, do đó chúng ta nên thử một thứ gì đó khác để cải thiện hiệu suất”, ông Shang-yi kể.
Định luật Moore do Gordon Moore, nhà đồng sáng lập Intel, đưa ra năm 1965, dẫn đến một kết luận: nhân đôi số bóng bán dẫn đồng nghĩa tăng gấp đôi hiệu suất của CPU theo chu kỳ tương tự. Mật độ bóng bán dẫn càng dày, hiệu suất sẽ càng tốt và ngược lại.
Trước đó, bóng bán dẫn có kích thước khoảng 1 centimet. Sau cột mốc trên, chúng được đo bằng milimet và hiện đã thu về mức nanomet (nm), tức chỉ tương đương đường kính DNA của con người.
Định luật Moore định hình sự phát triển của ngành công nghiệp chip, từ đó thúc đẩy rất nhiều lĩnh vực từ PC, điện thoại thông minh cho đến làn sóng gần nhất là chip xử lý cho AI. Cuộc đua cũng khiến các công ty như TSMC của Đài Loan, Intel của Mỹ hay Samsung của Hàn Quốc chi hàng tỷ USD mỗi năm để làm ra những mẫu chip với kích thước bóng bán dẫn nhỏ hơn nữa, đẩy Định luật Moore đến giới hạn.
“Nếu Định luật Moore thực sự đạt đến giới hạn, nó sẽ gây ảnh hưởng rất lớn cho ngành bán dẫn”, Shang-yi nói. “Nếu không có giải pháp, 20 năm nữa, lĩnh vực chip có nguy cơ trở thành ngành công nghiệp truyền thống, thay vì ngành công nghệ cao”.
Có những dấu hiệu cho thấy nhận xét của Shang-yi đang trở thành sự thật. Bằng chứng là khoảng cách giữa công ty dẫn đầu với những công ty đuổi theo phía sau ngày càng thu hẹp.
“Chạy nhanh hơn người chạy nhanh nhất rất khó. Nhưng đến khi người nhanh nhất không thể chạy nhanh hơn nữa, người phía sau sẽ bắt kịp”, Dan Hutcheson, Phó chủ tịch công ty nghiên cứu TechInsights, cho biết. “Trong một cuộc đua chip, người dẫn đầu không được phép vấp ngã, dù chỉ một lần”.
Thu hẹp con chip bán dẫn là cuộc đua đã kéo dài nhiều thập kỷ qua. Các bóng bán dẫn trên con chip càng nhỏ, mức tiêu thụ năng lượng càng thấp và tốc độ của chúng càng cao.
Cuộc đua hiện nay hướng tới con chip 2 nm. Bất kỳ công ty nào vươn lên vị trí dẫn đầu về công nghệ trong thế hệ chip cao cấp tiếp theo sẽ có cơ hội thống trị ngành công nghiệp đạt doanh thu 1.000 tỷ USD trên toàn cầu vào năm 2030.
“Đúng là việc sở hữu công nghệ sản xuất con chip 2 nm sẽ giúp doanh nghiệp trở thành người thay đổi cuộc chơi. Về quy mô sản xuất đủ lớn, có lẽ chỉ TSMC đáp ứng được. Samsung đã rất gần sở hữu công nghệ này, nhưng chưa thể đáp ứng như TSMC”, Giáo sư Teck-Seng Low, Phó Chủ tịch cấp cao, Đại học Quốc gia Singapore, cho biết.
Theo tính toán, tổng chi tiêu vốn của TSMC, Intel và Samsung Electronics cộng lại trong năm 2022 là hơn 97 tỷ USD, cao gấp đôi số tiền EU dự định dùng để phát triển lĩnh vực chip trong một thập kỷ tới. Trung bình một nhà máy sản xuất chip 2 nm cần đầu tư khoảng 30 tỷ USD tiền thiết bị.
Theo: Reuters, WSJ
