- Xưởng đúc chip lớn nhất thế giới TSMC sắp bắt đầu sản xuất hàng loạt chip tiên tiến sử dụng nút quy trình 3nm của mình. Cuộc đua về việc làm chủ công nghệ chip chưa bao giờ ngừng nghỉ giữa một nhóm các công ty hàng đầu như TSMC, Samsung Foundry và Intel…

Có thể thấy, khi số nút quy trình càng nhỏ, số lượng bóng bán dẫn được sử dụng để xây dựng các mạch tích hợp này trở nên nhỏ hơn cho phép nhiều bóng bán dẫn hơn có thể nằm gọn bên trong một không gian nhỏ, dày đặc như một con chip. Và số lượng bóng bán dẫn của chip càng cao thì con chip đó càng mạnh và tiết kiệm năng lượng.

Như trường hợp của chip A13 Bionic được sử dụng để cung cấp năng lượng cho dòng iPhone 11 năm 2019 được sản xuất bằng quy trình 7nm nâng cao của TSMC. Chip A13 Bionic đó mang 8,5 tỷ bóng bán dẫn. Con chip A16 Bionic năm nay cũng được sản xuất bởi công ty TSMC bằng quy trình 4nm và có gần 16 tỷ bóng bán dẫn. A17 Bionic của năm tới dự kiến sẽ được xây dựng và sản xuất trên dây chuyền của TSMC với nút quy trình 3nm nâng cao.

iPhone 15 Pro và iPhone 15 Ultra dự kiến sẽ trang bị chipset A17 Bionic 3nm

Theo Digitimes đưa tin, Apple là khách hàng lớn nhất của TSMC và mang lại 25% doanh thu cho xưởng đúc chip này. Xưởng đúc TSMC dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt các linh kiện sử dụng nút quy trình 3nm, tuy nhiên, trước khi A17 Bionic được tích hợp trên iPhone 15 Pro và iPhone 15 Ultra, Apple có thể đặt hàng chip M2 Pro 3nm cho phiên bản máy tính MacBook Pro và Mac Mini.

Thứ Năm tuần này, TSMC dự kiến sẽ kích hoạt sản xuất hàng loạt nút quy trình 3nm. Được biết, cả chip A17 Bionic và chip M3 đều dự kiến sẽ xuất xưởng vào cuối năm sau và được chế tạo bằng nút quy trình 3nm nâng cao của TSMC.

Hiện tại, xưởng đúc duy nhất khác trên thế giới cũng có thể sản xuất hàng loạt ở quy trình 3nm là Samsung Foundry. Chip 3nm do Samsung Foundry sản xuất sử dụng các bóng bán dẫn cổng tất cả xung quanh (GAA) cho phép kiểm soát chính xác hơn dòng điện chạy qua mỗi bóng bán dẫn. Điều này được thực hiện bằng cách để các cổng (bật và tắt để cho phép hoặc chặn dòng điện) tiếp xúc với các kênh ở tất cả các phía. Với GAA, hiệu quả năng lượng được cải thiện. Nói một cách đơn giản, chip sử dụng bóng bán dẫn GAA chạy nhanh hơn và tiêu thụ ít điện năng hơn so với chip sử dụng bóng bán dẫn FinFET.

Samsung sử dụng bóng bán dẫn GAA với sản xuất 3nm; TSMC sẽ tiếp tục với FinFET cho đến khi công ty này được sản xuất ở quy trình 2nm

Mặc dù Samsung đang sử dụng GAA cho các chip 3nm của mình, nhưng TSMC sẽ không sử dụng loại bóng bán dẫn này cho đến khi đạt sản xuất nút quy trình 2nm, có thể là vào năm 2025. TSMC sẽ tiếp tục sử dụng các bóng bán dẫn FinFET trên các chip 3nm của mình. Sự khác biệt chính giữa FinFET và GAA là trước đây sử dụng "vây" được đặt theo chiều ngang để tăng lưu lượng điện. Với GAA, các tấm nano xếp chồng lên nhau theo chiều dọc được sử dụng. Vị trí của các tấm nano rộng cũng làm giảm rò rỉ dòng điện (do đó cần ít điện năng hơn) và cải thiện truyền động dòng điện.

Intel, công ty cho biết họ sẽ sớm thách thức TSMC và Samsung để giành vị trí dẫn đầu quy trình trong vài năm tới, cũng sẽ sử dụng bóng bán dẫn GAA bắt đầu từ năm 2024. Intel gọi các bóng bán dẫn GAA của họ là RibbonFET. Nhà sản xuất chip có trụ sở tại Hoa Kỳ cho biết vào đầu tháng này rằng, họ hy vọng có thể lắp một nghìn tỷ bóng bán dẫn vào một con chip bắt đầu từ năm 2030.

Vậy điều gì sẽ đến sau 3nm?

Như các chuyên gia đã đề cập, TSMC và Samsung Foundry dự kiến sẽ sản xuất chip 2nm ngay sau năm 2025, trong đó lộ trình của Samsung Foundry xuất xưởng chip 1.4nm bắt đầu từ năm 2027. TSMC chưa thực sự tuyên bố họ sẽ làm gì sau nút quy trình 2nm, ngoại trừ việc họ đã làm đề cập ngắn gọn đến nút quy trình 1nm.

Để soán ngôi về mảng chip của TSMC và Samsung Foundry, Intel sẽ là công ty đầu tiên sở hữu sản phẩm in khắc bằng tia cực tím (EUV) thế hệ tiếp theo của ASML, đây là dòng máy in khắc bằng tia cực tím khẩu độ cao. Được biết, ASML có trụ sở tại Hà Lan chịu trách nhiệm sản xuất và bán mọi máy in thạch bản EUV trên hành tinh.

Các máy in thạch bản mới sẽ cho phép các xưởng đúc khắc các thiết kế mạch ở độ phân giải cao hơn để kích hoạt các tính năng chip nhỏ hơn 1,7 lần và mật độ chip tăng 2,9 lần. Điều này sẽ giúp Intel khắc các mẫu mạch cực mỏng trên các tấm bán dẫn cho phép đặt thêm hàng tỷ bóng bán dẫn bên trong một con chip.

TSMC cũng đã công bố vào đầu tháng này rằng họ sẽ sản xuất một số chip 3nm tại nhà máy thứ hai mà họ đang xây dựng ở Arizona, Hoa Kỳ. Giám đốc điều hành Apple Tim Cook cho biết, công ty sẽ mua một số lượng chip này của TSMC.

Hoàng Thanh