Muốn có trí tuệ nhân tạo, phải có con chip chứa thật nhiều transistor để từ đó làm ra các siêu máy tính. Càng ngày con người càng lệ thuộc vào con chip, hãy thử nhìn vào thế giới chung quanh ta, ngoại trừ mấy thứ bất động như bàn ghế gỗ, cái đôn bằng sành, bộ ly pha lê… còn những thứ nào gọi là máy thì luôn có con chip nằm ở bên trong.

Có 3 loại chip:
1/ Cấp thấp: kích thước transistor là 80-90 nm (nanometer = 1/ 1.000.000 mm) dùng gắn trong các máy thông thường như lò vi sóng, dao cạo râu điện v.v…
2/ Hạng trung: kích thước cỡ 28 nm, dùng trong các xe auto.
3/ Cao cấp: khoảng 10 nano trở xuống, trong tương lai có thể thu nhỏ xuống còn 2nm, 1nm vì chưa biết đâu là giới hạn sau cùng. Chip loại này dùng trong các kỹ thuật cao như điện thoại thông minh, máy vi tính, hoả tiễn, phi thuyền, trạm không gian v.v..

Theo luật Moore, tên người đồng sáng lập công ty Intel năm 1965, ông tiên đoán cứ mỗi 2 năm, số transistor trong con chip sẽ tăng gấp đôi. Số transistor trong con chip càng tăng, vận tốc máy càng tăng, khi con transistor thu nhỏ lại, máy sẽ tiêu thụ ít điện, sinh ra ít nhiệt, không cần quạt để làm nguội máy khiến máy sẽ chạy êm hơn.

Tại Trung quốc hãng CSMC ( China semiconductor manufacturing company ) đã tiêu tốn 100 tỷ đô la để làm ra con chip 14 nm nhưng vẫn còn gặp nhiều khó khăn.
Hãng Wuhan Hongxi, đã tiêu tốn 18,5 tỷ đô la, vừa tuyên bố phá sản.
Jinan Quanxing, một hãng chip khác, sau khi tốn 10 tỷ đô la, cũng vừa tuyên bố phá sản.
Ngoài ra 10 hãng chế tạo chip khác cũng đang gặp khó khăn.

Nhìn chung, Trung quốc chỉ sản xuất đủ 6% nhu cầu chip sử dụng trong các ngành công nghiệp.

Hiện nay, chip đang bị khan hiếm trên toàn thế giới, tuy Trung quốc sản xuất được rất nhiều chip nhưng đều là loại rẻ tiền và cỡ hạng trung 28 nano. Chip cao cấp kích thước dưới 14 nano thì phải nhập khẩu. Mỗi năm trung quốc phải nhập từ 350-400 tỷ đô la chip cao cấp, còn lớn hơn số tiền dùng để nhập dầu thô vì đây là mặt hàng chiến lược cần thiết cho sản xuất điện thoại thông minh, máy tính, xe hơi và cả hỏa tiễn đạn đạo.


Kỹ thuật làm CHIP

Ngày nay trong kỹ nghệ làm chip có một chân lý không thể thay đổi: Không có một hãng chế tạo chip nào có thể tự một mình mà thành công.

Có lẽ ai cũng biết con transistor, nó có hình dáng như con nhện, có 3 chân gồm một ngõ vào, một ngõ ra và một cực gốc. Nhưng khi nói, trong mỗi con chip có chứa 3 tỷ, 6 tỷ hoặc trong con chip M1 của iPhone 12 chứa 14 tỷ transistor, chắc không ít người ngạc nhiên. IBM vừa công bố, họ đã làm thành công con chip 2 nm, chứa 50 tỷ transistor. Trong tương lai, người ta dự đoán sẽ có con chip chứa 1,000 tỷ transistor, để thu nhỏ các siêu máy tính dùng chế tạo AI, robot …

Để dễ so sánh, hãy hình dung như thế này: Trong máy vi tính, đóng quy ước là 0, mở là 1. Cặp 0 và 1 tạo nên 1 bit, 8 bit hợp lại thành 1 byte.

- 1 Byte (8 bits): Ký tự A có dung lượng tương đương với 1 byte.
- 1 Kilobyte (KB) = 1048 bytes, dung lượng tương đương với 3 dòng chữ.
- 1 Megabyte (MB) = 1.048,576 bytes, tương đương 873 trang text.
- 1 Gigabytes (GB) tức 1 tỉ bytes, chứa vô số sách.
- 1 Tetrabyte ( TB ) là 1.000 tỉ bytes, để chế tạo siêu máy tính.
- Lớn nữa là Petabyte (PB), Exabyte (EB), Zettabyte (ZB), Yottabyte (YB), Brontobyte cho đến cao hết cỡ là Geopbyte.

Tại sao gọi là bán dẫn ?

Chất Silicon có bản chất cách điện, nhưng nếu thêm vào một tạp chất như Boron hoặc Phosphor, thì hợp chất Silicon + tạp chất sẽ trở thành chất dẫn điện, cho nên do đặc tính vừa cách điện lại vừa dẫn điện, Silicon được gọi là chất bán dẫn. Vùng Bay Area của San Francisco là nơi có nhiều công ty chế tạo bán dẫn nên mới có tên là Silicon Valley.

Để chế tạo một con chip cần đi theo các quy trình:

1/ Thiết kế (design). Các kỹ sư sẽ vẽ một đồ bản, sắp xếp các transistor, resistor (điện trở), capacitor (tụ điện) các dây nối kết (interconnection) tuỳ theo nhu cầu đặt hàng. Phần này hết sức quan trọng, vì nó quyết định chức năng của con chip. Ở Mỹ, có 3 hãng nổi tiếng, chỉ chuyên thiết kế chip đó là: Synopsis, Cadence, Mentor graphic, cả 3 hãng đều bị Chính phủ Mỹ cấm chuyển giao kỹ thuật ra ngoài Hoa Kỳ.

2/ Chế tạo đế con chip gọi là Wafer hay Slice.
Wafer được làm từ cát, cát được nung chảy, tạo thành một khối hình trụ, đường kính 100-200-300 mm dài 1 mét đến 2 mét. Sau đó được cắt thành các lát mỏng dày 0.5 - 0.7 mm gọi là slice rồi được mài nhẵn trước khi đem in lên các lớp tế bào tạo các transistor. Các hãng làm chip được gọi là Foundry (hãng đúc) vì đúc ra các khối Silicon.

3/ Tạo các con transistor:
Trên bề mặt các wafer, người ta tạo ra một lớp epilayer, sau đó nung lên thành oxide silicon, kế đó một lớp vecni được tráng lên có tính nhạy sáng với máy Photolithography tạo ra tia laser, hoặc tối tân hơn, tạo ra tia extreme ultraviolet (EUV) chiếu qua mặt nạ dựa trên các bản thiết kế, giống như âm bản của phim chụp ảnh, để in lên wafer, tia laser hay EUV sẽ khắc lên các lớp đã tráng trên bề mặt wafer, sau đó, các kim loại Boron hoặc Phosphorus sẽ phủ lên để tạo nên các cực vào (enter) cực ra (drain) cực gốc (gate) và các interconnection, bây giờ transistor đã thành hình.
Quá trình kể trên có khi được lập đi lập lại 24 lần để tạo ra hàng tỷ con transistor trong mỗi con chip. Wafer với các con chip sau đó được mài nhẵn. Giai đoạn kế, là dùng kính hiển vi quét lên bề mặt wafer để loại các con chip hư và cắt rời từng con chip.

Wafer có thể chứa cả 1.000 con chip.

4/ Đóng gói.

5/ Kiểm tra chất lượng sau cùng trên từng con chip để xem nó có chạy tốt không trước khi giao hàng.

Hoa Kỳ đã phát minh vô số kỹ thuật tân tiến cho nhân loại, nhưng vì nhiều lý do, ngày nay về kỹ thuật làm chip, công nghệ của Hoa Kỳ thua hãng TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) và Samsung khoảng 2 năm. Nên nhớ, chip M1 trong Iphone 12, Ipad là của hãng TSMC chế tạo.

Hoa Kỳ vừa ra đạo luật Chip for America nhằm tài trợ cho các hãng chế tạo chip trở về Hoa Kỳ, lý do là bởi chính phủ các nước giúp đỡ cho công nghệ sản xuất chip, trong khi Hoa Kỳ nhiều năm bỏ mặc. Khoảng 1990, sản xuất chip ngay tại Mỹ chiếm 37% thị trường, ngày nay chỉ còn 12 %. Với đạo luật mới, Công ty TSMC đầu tư vào Mỹ với một ngân sách dự trù 35 tỷ, để lập nhà máy làm chip 5 nano ở Phoenix Arizona. Samsung cũng sẽ mở hãng làm chip ở Mỹ, với ngân sách 17 tỷ đô la.

Thượng viện Mỹ cũng vừa thông qua đạo luật cạnh tranh và đổi mới với ngân sách 250 tỷ đô la, tài trợ cho các công trình nghiên cứu và sản xuất để giúp phát triển siêu máy tính, Robot, Công nghệ 5 G v.v..

Hoa Kỳ cùng một số nước không cho sinh viên trung quốc làm luận án tiến sĩ và sau tiến sĩ về kỹ thuật bán dẫn cao cấp ở các trường đại học.

Cấm bán các bản thiết kế chip qua Trung quốc

Dàn xếp với chính phủ Hoà lan áp lệnh cấm bán máy in thạch bản Photo-lithography tối tân nhất thế giới của hãng ASML qua trung quốc. Không có cỗ máy này, không nước nào trên thế giới có thể làm ra con chip nhỏ hơn 7 nm. Máy này hãng ASML mất 10 năm nghiên cứu là kết quả của sự hợp tác giữa 600 công ty khác nhau trên thế giới. Mỗi máy có kích thước gần bằng một chiếc xe buýt, chứa khoảng 100.000 bộ phận củng với 2 km dây cáp, giá bán là 150 triệu USD. Chỉ một số công ty đếm trên đầu ngón tay mới có đủ khả năng mua máy, đó là những nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới như: TSMC có trụ sở tại Đài Loan, Samsung ở Hàn Quốc và Intel Mỹ.

Thế hệ máy Photo-lithography mới sẽ được Intel sử dụng vào đầu năm 2022 để thiết kế đúc nên những con chip nhỏ nhất chạy nhanh nhất thế giới.

Quốc gia nào muốn làm bá chủ nhân loại, thì phải số number one về thông minh nhân tạo AI, muốn đứng nhất AI thì phải có Siêu máy tính, phải làm được con chip ngày càng nhỏ, chứa càng nhiều transistor trong một tiết diện nhỏ xíu chỉ bằng cái móng tay.

Thế kỷ 21 là thế kỷ của máy tính và trí thông minh nhân tạo AI (Artificial Intelligence).
không vậy mà Tổng thống Putin của Nga đã tuyên bố: Thời đại ngày nay, ai làm chủ AI, sẽ làm chủ thế giới.

Tổng hợp

ILIXX APP Admin