Dù là dân đam mê công nghệ hay chỉ đơn giản là một người dùng thông thường, thì có lẽ bạn đã từng một vài lần nghe tới cụm từ ” tiến trình 10nm” hay “tiến trình 7nm”… rồi đúng không?
Vậy ý nghĩa thực sự của thông số này là gì? và nó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến thiết bị công nghệ mà bạn đang sử dụng?
Vâng, trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu xem những con số trên có ỹ nghĩa thực sự là gì nhé? Okay, ngay bây giờ chúng ta sẽ đi luôn vào nội dung chính thôi nào…
Note: Bài viết được tham khảo trên nhiều nguồn khác nhau, mang tính chất thảo luận là chính nên nếu có bất cứ thiếu sót gì các bạn hãy để lại comment để lại ý kiến bên dưới nhé.
#1. Tiến trình 7nm và 10nm… là gì?
Chip, bộ vi xử lý, hay còn gọi là CPU được coi là bộ não của các thiết bị điện tử (smartphone, máy tính, máy tính bảng…)
Và khi nói đến CPU thì các bạn thường sẽ quan tâm nhiều đến tiến trình 7nm hay 10nm…
Bộ vi xử lý được cấu tạo từ hàng tỷ bóng bán dẫn (hay còn gọi là Transistor) siêu nhỏ, với 2 trạng thái BẬT và TẮT, tương ứng với 0 và 1 trong hệ nhị phân, hoặc bạn có thể hiểu nó như một chiếc công tắc vậy.
Và tất nhiên, để hoạt động được thì các bóng bán dẫn này phải được cung cấp điện năng. Kích thước của bóng bán dẫn sẽ tỷ lệ thuận với điện năng tiêu thụ của CPU.
Có nghĩa là, bóng bán dẫn càng nhỏ thì điện năng tiêu thụ càng ít. Chốt lại như vậy cho dễ hiểu !
Trong đó: 7nm, 10nm… là đơn vị đo kích thước của bóng bán dẫn. nm là viết tắt của nanomet (1 triệu nanomet = 1 milimet).
Ở thời điểm hiện tại thì 10 nm là tiến trình sản xuất CPU mới nhất của Intel, còn 7nm là tiến trình sản xuất CPU mới nhất của TSMC (đơn vị chuyên sản xuất chip)
Bây giờ mình sẽ chia ra làm 2 giai đoạn phát triển tiêu biểu của các vi xử lí hiện nay.
#2. Công nghệ chip từ 2012 trở về trước
Ở thời kì này phần lớn các vi xử lí đều được sản xuất trên tiến trình 32nm hoặc lớn hơn.
Như các bạn có thể thấy ở hình bên trên thì ta có các thành phần như:
- GATE: Đây là cực cổng, khi mà có điện áp vào thì nó sẽ kiểm soát dòng điện chạy giữa 2 cực nằm ở bên dưới. Cực Gate được cách ly hoàn toàn với phần còn lại của bóng bán dẫn nhờ một lớp điện môi mỏng (Gate Oxide).
- SOURCE và DRAIN: Electron sẽ di chuyển từ cổng SOURCE đến cổng DRAIN và tạo thành một dòng điện.
- SUBSTRATE: Là một lớp chất nền Silicon
Khi nói về tiến trình 32nm cũng chính là nói về khoảng cách giữa 2 cổng SOURCE và DRAIN (quãng đường mà electron sẽ phải di chuyển để thay đổi trạng thái của Transistor).
Chúng ta cũng có thể gọi 32nm là Gate Length (trong đó Gate là cực cổng, còn Length là chiều dài). Nói ngắn gọn và dễ hiểu thì Gate Length là khoảng cách giữa SOURCE và DRAIN.
Gate Length càng ngắn thì sẽ càng tốn ít thời gian để di chuyển, và đương nhiên là lúc này bóng bán dẫn có thể đổi trạng thái từ 0 sang 1 hoặc 1 sang 0 (BẬT / TẮT) nhanh hơn => con chip càng mạnh hơn.
Nói tóm lại là khoảng cách giữa 2 cực cổng càng ngắn thì lượng điện tiêu thụ sẽ càng giảm, tốc độ chuyển trạng thái từ TẮT sang MỞ hoặc MỞ sang TẮT sẽ càng nhanh hơn. Đồng nghĩa với việc CPU sẽ càng mạnh hơn và tiết kiệm điện năng hơn.
Vậy nếu hiểu theo cách thông thường thì gọi 32nm là kích thước bóng bán dẫn là SAI. Và với việc nghĩ như vậy cũng sẽ ảnh hưởng tới cách hiểu những công nghệ 12nm hay 7nm sau này mà mình chuẩn bị đề cập.
Hiểu đúng hơn là như thế này: Kích thước 32nm là khoảng cách ngắn nhất (cũng có nghĩa là đường rãnh nhỏ nhất/ vết cắt nhỏ nhất) mà nhà sản xuất họ có thể khắc lên được tấm nền Silicon – còn thực chất kích thước của con chip sẽ lớn hơn con số này rất nhiều lần.
#3. Công nghệ sản xuất chip giai đoạn 2012 cho tới 2020 bây giờ
Tất nhiên là các hãng sản xuất chip sẽ không ngừng cải tiến để nâng cấp hiệu năng và sức mạnh cho con chip của họ. Và để làm được điều này thì họ sẽ tăng số lượng bóng bán dẫn lên. Mà để tăng số lượng bóng bán dẫn thì có 2 cách:
- Tăng diện tích đế của con chip: Việc này là khá dễ dàng, tuy nhiên nó lại không hiệu quả về lâu về dài được, vì bạn không thể cứ mãi tăng kích thước đế chip như vậy được, thiết bị nào nhét cho vừa phải không nào ?
- Cách thứ 2 là thu nhỏ bóng bán dẫn lại.
Vậy một câu hỏi đặt ra làm thế nào để có thể thu nhỏ hơn được mà hạn chế bị việc bị rò rỉ Electron. Việc bị rò rỉ Electron sẽ khiến cho CPU tiêu thụ nhiều điện hơn mức cần thiết trong lúc vận hành => hao pin, tốn điện…
Đó là lí do mà các nhà nghiên cứu thay vì thu nhỏ bóng bán dẫn, họ sẽ nghiên cứu những cách thiết kế, sắp đặt bóng bán dẫn theo một cách khác.
Tháng 5 năm 2012, ông trùm công nghệ Intel lần đầu đề cập tới công nghệ bóng bán dẫn mới, mang tên FinFET (các vây Fin dạng 3D, chúng ta cũng có thể gọi là bóng bán dẫn 3D). Cũng kể từ đây định nghĩa về 22nm, 12nm, hay 7nm cũng có sự thay đổi.
Nếu như trước kia, các bóng bán dẫn với các cực ở dạng phẳng truyền thống (cổng 2 chiều) thì với công nghệ FinFET này đã được thay thế bằng trục 3 chiều (Fin) nằm thẳng đứng trên chất nền silicon. Cổng sẽ bao xung quanh Fin (2 cổng ở hai mặt và một cổng ở phía trên cùng).
Như các bạn có thể thấy ở hình bên trên, công nghệ sản xuất chip trước đây (Planar) thì SOURCE và DRAIN nằm trên một mặt phẳng, thì với công nghệ chip mới (FinFET) này, SOURCE và DRAIN đã được dựng đứng thẳng lên.
Như vậy không khó để chúng ta hình dung ra rằng với cùng một không gian, một cái dẹp nằm ngang với một cái dựng đứng lên thì cái nào sắp xếp được nhiều bóng bán dẫn hơn phải không nào?
Vậy thì tóm lại lợi ích của công nghệ FinFET là:
- Hạn chế được hiện tượng rò rỉ điện, giúp chip sử dụng điện hiện quả hơn.
- Con chip sẽ mạnh sẽ hơn do khoảng cách giữa SOURCE và DRAIN ngắn hơn, nên thời gian chuyển trạng thái bóng bán dẫn (BẬT/ TẮT) nhanh hơn.
Vậy thì chốt lại, những con số 12nm, 7nm hay 5nm ngày nay có ý nghĩa như thế nào?
Vâng, kiến trúc 3D trong một con Transistor đã trở nên phức tạp hơn rất nhiều nên những con số này không đơn giản là khoảng cách giữa SOURCE và DRAIN như công nghệ planar trước đây nữa.
MÀ những con số 12nm, 10nm, 7nm hay 5nm.. chỉ đơn giản là một cái tên, một thế hệ mà nhà sản xuất họ đặt ra cho dây chuyền sản xuất của họ mà thôi.
Các nhà sản xuất chip dùng nó như là một cụm từ để người dùng hiểu rằng dòng chip này làm trên công nghệ mới, tiên tiến hơn thế hệ cũ.
Nói chung, với tầm hiểu biết phổ thông của đại đa số chúng ta thì không biết chắc chắn được, chỉ những ai trực tiếp thiết kế ra bộ vi xử lí thì có lẽ họ mới biết được câu trả lời chính xác được.
Và đương nhiên, điều này là không thể khi các nhà sản xuất luôn giấu nhẹm những kĩ thuật của mình.
#4. Điều mà nhiều người vẫn lầm tưởng?
Do nhiều người hiểu sai về tiến trình 5nm, 7nm, 10nm, 12nm… mà nhiều người đã hiểu nhầm rằng hãng Intel đang bị TSMC và Samsung vượt mặt.
Vì thông số tiến trình trên TSMC và Samsung nhỏ hơn so với Intel rất nhiều.
Và nhiều người nhìn ngay vào thông số về tiến trình này mà đã khẳng định một câu chắc nịch rằng công nghệ CPU của hãng này vượt trội hơn công nghệ CPU của hãng kia.
Các bạn nên nhớ rằng việc đánh giá một con CPU phải dựa trên các con số thực tế, còn nếu chỉ nhìn vào thông số mà nhà sản xuất cung cấp thì bạn chỉ nên so sánh các chíp của cùng một hãng mà thôi. OK !
#5. Tóm lại
Bài viết tóm lượt trên đã lượt bỏ đi những phần gây khó hiểu cho phần đông mọi người chưa am hiểu về công nghệ vi xử lí. Mục đích là để giúp cho người đọc dễ hiểu nhất về những cụm từ 12nm hay 7nm một cách tổng quát nhất có thể.
=> Tóm lại ở thời điểm hiện nay, khi nói về tiến trình 10nm hay 7nm,… thì không ám chỉ khoản cách giữa SOURCE và DRAIN nữa. Mà đơn giản nó chỉ là một cái tên, một thế hệ mà nhà sản xuất họ đặt ra mà thôi.
Một lần nữa, nếu bài viết có bất kì thiếu sót gì, hay là bạn có thắc mắc gì thì hãy để lại comment bên dưới để chúng ta cùng thảo luận nhé !
CTV: Lê Đinh Hoàng Vũ – Blogchiasekienthuc.com
Tham khảo bài viết của Duy Luân bên TinhTe và nhiều nguồn trên Internet
